分析抽水蓄能电站电气设备发热量确定

李永峰 范克涛

（1.中国电力建设工程咨询公司 中国 北京 100120；2.河南省工程咨询中心 河南 郑州 450000）

1 电动发电机组发热量确定

电站电动发电机组的冷却循环漏风及机壳围护结构、盖板导热都是设备热量产生的主要来源。

计算机组机壳发热量时，设定机壳总面积为M，传热系数为k，冷却循环风平均温度为T，厂房温度为T1 则机组机壳发热量表示为：

Q=kM（T-T1）

计算电机组漏风产生的热量之时，假定循环风量为v，漏风系数为β，漏风温度为T2，空气容重为γ，空气比热为c，则电机组漏风产生的热量为：

Q1=βvcγ（T2-T1）

可见，机组工作时的发热量可通过其表面积及冷却风的温度等数据计算得出，相比之下，漏风产热量的计算更为复杂多变，这与不同规格机组冷却循环功能就数据参数各有不同有关。 因此，机组冷却循环漏风产热量的计算应切实根据设备冷却风量的实际规格进行，避免产生误差而影响后续温湿度控制工作。

2 变压器发热量确定

电站变压器运行过程中的产热量来源与设备内部能量消耗，可大致分为铁磁损耗产热与电阻铜损耗产热两种。两种损耗中的铁磁损耗产热影响因素较为单一（可视为定值），电阻铜损耗产热的大小受到系统负荷的影响，系统额定电压下产生的铁磁损耗多为空载损耗，而电阻损耗多为短路损耗。

电站多数变压器运行过程中损耗产生的热量都通过空气循环进入到空气之中，提高了空气温度，水冷类变压器损耗产热则传给冷却水，不同种类的变压器散热量计算方式亦不同：

计算风冷型变压器运行过程发热量之时，假定空载损耗为P1，短路损耗为P2，则变压器实际发热量可表示为：

Q=P1+P2

计算水冷型变压器运行过程发热量之时， 假定室内温度为T，油箱油温平均值为T1，油箱散热面积为M，则变压器运行过程发热量可表示为：

Q=5.5×（T1-T）1.25M×10-3

上述多种变压器中，水冷型变压器产热量很大程度受到系统水冷却器实际规格及冷却水温的影响（间接受季节变化影响），此种现象在蓄水式电站中表现尤为明显， 因而计算水冷却式变压器运行发热量时，应根据环境因素灵活实施。

3 电缆、母线发热量确定

水电站厂房中的各种电缆设备会在运行过程中产生热量，对电缆产热量的确定是为了后期产热控制， 避免电缆运行过程过分绝缘老化、影响载流量。 低压动力电缆是水电站厂房中多种电缆设备中产热量最大的一种，可根据电缆损耗参数确定其产热情况，并相应制定通风计划；若电缆设备的电压在3kV 以上，则其相应的产热量更大；一般来说， 截面为3×150mm 的电缆运行发热量在40Wm 左右， 截面为3×50mm 的电缆运行发热量在25Wm 左右。 水电站一般电缆运行发热忽略不计，水轮机层、电缆廊道等部位的产热量具体估算。

水电站多采用封闭式母线运行，母线外壳感应及运行损耗都是热量产生的主要来源，一般来说，两种母线产热量确定方式如下：

运行功率损耗的确定中， 设定母线相电流为I， 集肤效应系数为Φ1，外壳集肤效应系数为Φ2，外壳工作温度下直流电阻为R1，母线工作温度下直流电阻为R2，则母线功率损耗产热量表示为：

Q=3×I2R2Φ1L×10-3

厂房母线运行中外壳感应产热量可表示为：

Q=3×I2R1Φ2L×10-3

母线运行中产热量与母线本身的制造工艺、 材质有直接关系，质量越好的母线会死机运行中的产热量就越低。

4 电抗器发热量确定

水电厂电抗器常在大容量配电装置中使用，其运行过程中的产热量计算中，可设定其利用系数为S1，负荷系数为S2，额定功率之下的功率损耗为P，则其在运行过程中的产热量可表示为：

Q=S1S2P

水电厂的电抗器在正常持续运行过程中产生的热量可通过上式确定出来，而间歇性运行的设备则需要根据实际运行时间及设备的运行发热特性曲线确定出来。

5 其他设备发热量确定

5.1 照明设备发热量

近年来，为满足生产及设计要求，水电站照明设备功率明显增加，设备产热量的控制也引起了关注。一般来说，稳定的功率及电压之下，照明设备有恒定的产热量。照明设备运行过程中会有部分电能转化为热能而散播至还走遍环境中，部分光能会被周边的物体吸收而转化为热能。 在确定照明设备运行过程中的发热量之时，设定照明设备功率为M，镇流器功率系数为S，则设备产热量可表示为：

Q=SM

多数情况下，水电厂中照明设备运行过程中的产热量可达变压器容量的80%。

5.2 SFC 静态变频启动装置发热量

一般来说，此种装置实际运行中的产热量可达300kW 以上，一般的SFC 设备可在电抗器运行启动半小时后达到额定产热量的20%左右， 滤波器等装置则可达到额定产热量的70%，SFC 设备的综合产热量可达额定产热量的30%以上。 实际SFC 设备产热量的确定应根据设备实际运行时长及容量大小确定。

6 结语

综上所述，抽水蓄能电站中的电气设备运行过程中的产热量需要严格依照电气专业理论及工程实践经验加以确定，当前的抽水蓄能电站中电动发电机组、变压器、电缆、母线、电抗器的发热是热量确定及控制的主要对象。机组冷却循环漏风产热量的计算应切实根据设备冷却风量的实际规格进行， 避免产生误差而影响后续温湿度控制工作；变压器运行过程中损耗产生的热量都通过空气循环进入到空气之中，水冷类变压器损耗产热则传给冷却水，不同种类的变压器散热量计算方式亦不同； 母线热量计算要从母线外壳感应及运行损耗两方面进行；而照明设备运行中的产热量则要根据照明设备功率、镇流器功率系数确定。 随着水电站设计及建设水平的不断提升，其电气设备产热量的确定工作仍需进一步结合电气设备安装及调试经验，提高工作效率。

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