淺談高壓/低壓預裝式變電站結構對溫升的影響

謝利平 謝小軍 李明春 唐佩凌 蔣秋燕

（華自科技股份有限公司 湖南長沙 410000）

淺談高壓/低壓預裝式變電站結構對溫升的影響

謝利平 謝小軍 李明春 唐佩凌 蔣秋燕

（華自科技股份有限公司 湖南長沙 410000）

高壓/低壓預裝式變電站是一種把高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組裝成一體的預制、緊湊式的配電設備。通過多種科學、合理的散熱結構和方法，達到高壓/低壓預裝式變電站節能降耗及延長使用壽命的目的。

高壓/低壓預裝式變電站；溫升；散熱

高壓/低壓預裝式變電站是一種把高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組裝成一體的預制、緊湊式的配電設備。隨著經濟的發展和城市化進程的加快，象這種具有成套性強、體積小、結構緊湊、運行安全可靠、維護方便、以及投資少、見效快、送電周期短等特點的預裝式變電站在城鄉電網中得到廣泛的應用。高壓/低壓預裝式變電站國家標準GB/17467-20104.10.1預裝式變電站的額定最大容量：①預裝式變電站的額定最大容量是設計變電站時指定的變壓器的最大額定值。②變壓器的額定值是GB1094.1-1996或GB1094.11-2007中規定的變壓器的額定容量和額定總損耗。注：根據外殼級別和周圍溫度條件能將預裝式變電站的輸出容量限制到小于其額定最大容量。特別是由于城市規劃、土地升值過快等多方因素，使得安裝方便、占地面積小的小容量預裝式變電站（1600kVA以下）已成為用戶的首選，一改對預裝式變電站臨時性設備的認識。這就使市場需求逐年擴大，眾多電器廠家紛紛進行生產制造，市場出現了各種各樣的預裝式變電站。預裝式變電站最大的特點是：“利用標準化產品的組合，充分滿足專一用戶的供電需求?！奔热皇菍Ｒ唬褪遣煌ㄓ?，這就要求制造廠按不同的用戶需求來設計制造，每個用戶所用的供電變壓器容量、開關回路多少、外圍環境、布置方式等均有差異。

一臺置于太陽下、無風狀態下運行的變壓器與一臺具有相同負載的置于遮陽的箱體中、有自然通風（或加機械通風）良好狀態中運行的變壓器可以具有相同的溫升，這顯然是不正確的。由于變壓器安裝在戶外的箱體中，避免戶外太陽的爆曬和變壓器本身產生的熱量能否散出以保證變壓器正常的工作就成了用戶最為關心的問題。下面就以預裝式變電站的溫升問題談談我公司以及本人在預裝式變電站制造過程中約十余年的一些經驗和體會，以供大家探討，共同提高我國預裝式變電站的制造水平。

安裝在預裝式變電站中的變壓器同樣要求周圍空氣的年平均溫度不得高于20℃，由于環境惡劣導致變壓器的運行溫度升高，一方面將影響變壓器的壽命，另一方面，如果要保證變壓器的額定負荷，其繞組的直流電阻將變大，負載損耗增加，促使變壓器的溫度進一步升高，最終不得不降低負荷，從而使變壓器的使用效率降低。以S9-630kVA為例，為保證溫升限值而降低負荷，其相互關系見圖1。

圖1 溫升與負荷關系圖

作為引導我國預裝式變電站的設計和生產步入標準化、系列化和規范化的國標《高壓/低壓預裝預裝式變電站》（GB17467-2010）和充分體現電力系統使用工況具體要求并與《高壓/低壓預裝預裝式變電站》（IEC1330-1995）技術標準相互銜接，以統一電力系統的訂貨技術條件和使用要求的我國電力行業標準《高壓/低壓預裝預裝式變電站選用導則》（DL/T537-2002），都對預裝式變電站的使用條件、元件要求、設計和結構、型式試驗和出廠試驗作出了明確規定。如：

關于密封和散熱通風方面的相關規定有：①預裝式變電站的外殼應設計成能在《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》（GB11022-2011）規定的正常戶外使用條件下使用，從而達到箱殼內的高、低壓開關設備和控制設備、電能計量設備、無功補償裝置等能夠在規定的正常戶內使用條件下使用。②預裝式變電站的外殼防護等級應不低于《外殼防護等級（IP代碼）》（GB4208-2008）的IP23D規定。③預裝式變電站應設足夠的自然通風口，并采取必須的隔熱措施，以保證在正常環境溫度下，所有電器元件的溫升不超過允許溫升，否則應采取強制通風或按額定外殼級別相應降低使用容量。④處于污穢空氣中的裝置，其污穢等級應符合高低壓設備和變壓器，電能計量設備以及無功補償裝置相應標準的規定。⑤預裝式變電站的開關設備和控制設備的隔室應裝設適當的驅潮裝置，以防因凝露而影響電器元件的絕緣性能和對金屬材料的腐蝕。由此可知標準對箱殼材料，結構設計的要求是：機械強度高，有抗紫外線輻射、抗暴曬性能和抗環境腐蝕的能力，至少能有15～20年的使用壽命。密封性能好，具防塵，防潮的能力。使箱殼內部具備適合戶內電器設備的運行環境。有良好的通風散熱和隔絕日光熱輻射的能力，使箱殼內部電器設備運行不超溫。處理好外殼密封，防塵，防潮和通風散熱與隔熱的關系，正是預裝式變電站外殼材料選用、結構設計的關鍵技術。經驗得知：當氣溫在30～40℃、殼內相對濕度達70%以上時，只要氣溫下降5℃即有凝露發生。因此當外殼設計達不到標準要求，則必須通過采取強制通風，選用優質低耗元器件及加大外絕緣爬距等措施予以彌補，當箱殼內有污穢和凝露存在時絕緣件還必須按嚴酷環境條件下的凝露和污穢等級條件（應按《戶內交流高壓開關柜和元部件凝露及污穢試驗技術條件》（DL/T539-1993）做出廠試驗。⑥關于預裝式變電站外殼等級的相關規定有：預裝式變電站將變壓器、高低壓電器設備等發熱元件組裝在箱殼內，惡化了散熱條件，所以標準將外殼級別定義為“在規定的正常使用條件下，變壓器在外殼內的溫升和同一臺變壓器在相同負載下在外殼外的溫升之差”，DL/T537規定有四個額定外殼級別：級別0、10、20、30分別對應于0K、10K、20K、30K 的最大溫升差值（國標有 5、10、15、20、25、30 六個額定外殼級別）。

一般來說變壓器的降溫一般有自然通風和非自然通風向兩種措施。自然通風是完全依靠自然力量，使室外空氣流入室內，并使室內空氣排出室外。這種自然通風的原動力有兩種：由室內外的溫度差和高度差所引起的氣壓差導致的通風換氣作用。由室內外的風速不同所引起的通風換氣作用。非自然通風（機械通風）就是利用機電設備如排氣扇、鼓風機等來達到的通風換氣作用。

下面借用其它廠家生產的預裝式變電站關于解決溫升問題的方案舉例，供大家借鑒參考。

1 廣東海鴻變壓器有限公司上下直通風的形式解決溫升問題的方案預

裝式變電站采用上下直通風的形式，該方式利用‘煙囪效應’原理和優化設計的通風結構使產品具備很強的散熱能力。其中大頂蓋上設有完全符合防護等級IP33要求的通風口，變電站散發的熱量將室內的空氣加熱上升，并通過煙囪原理加速熱氣流排放速度，把熱量從兩頂蓋之間的通風口排出；另一方面，外界日曬引起的熱量可利用大、小頂蓋之間的空氣層和隔熱板將其有效地阻隔于變電站外。海鴻公司預裝式變電站的外殼等級符合國標和IEC標準規定的最高級別10K級的要求，本公司產品實際小于5K（級別超小，反映變電站外殼通風散熱能力越強）。結構見圖2。

圖2 熱氣流排放示意圖

2 北京龍源開關設備有限責任公司雙層通道式結構解決溫升問題的方案

用戶選購一臺供電變壓器，都希望能滿負荷或短時超負荷使用，要保證這個希望值，就必須注重箱變外殼的自然通風量的設計，外邊的冷空氣要與箱變里的熱空氣形成對流，從而確保供電變壓器的繞組溫升，保證滿負荷或短時超負荷能力。我們是這樣解決溫升這個問題的；外殼采用自然對流的雙層隔熱的風道結構（該結構已經申請專利），采用這一結構設計基本滿足供電變壓器的散熱要求。在短時間超負荷運行時，增設了溫控強排風裝置確保供電變壓器安全運行見圖3。

圖3 溫控強排風裝置位置圖

綜合上述廣東海鴻變壓器有限公司通過煙囪原理加速熱氣流排放速度和北京龍源開關設備有限責任公司在變壓器散熱器下部裝風扇，用吹風的方法使空氣加快流動，都能有效的增大散熱能力。試驗證明，吹風可使對流散熱增加85倍，同一臺變壓器，用了吹風之后，容量可提高30%左右。通過以上兩個案例希望能為我國輸變電節能降耗及變壓器壽命延長做一個有益可行的嘗試，并引起大家足夠的重視，找出更多更好的解決方法。

[1]《高壓/低壓預裝預裝式變電站》（GB17467-2010）.

[2]《電力變壓器第一部分總則》（GB1094.1-1996）.

[3]《電力變壓器第11部分：干式變壓器》（GB1094.11-2007）.

[4]《高壓/低壓預裝預裝式變電站》（IEC1330-1995）.

[5]《高壓/低壓預裝預裝式變電站選用導則》（DL/T537-2002）.

[6]《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》（GB/T11022-2011）.

[7]《外殼防護等級（IP代碼）》（GB4208-2008）.

[8]《戶內交流高壓開關柜和元部件凝露及污穢試驗技術條件》（DL/T539-1993）.

TM63

A

1004-7344（2016）18-0060-02

2016-6-8

謝利平（1973-），男，工程師，本科，主要從事水電、工礦發配電等電器設計工作。