浅谈高压/低压预装式变电站结构对温升的影响

谢利平 谢小军 李明春 唐佩凌 蒋秋燕

（华自科技股份有限公司 湖南长沙 410000）

浅谈高压/低压预装式变电站结构对温升的影响

谢利平 谢小军 李明春 唐佩凌 蒋秋燕

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高压/低压预装式变电站是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定的接线方式组装成一体的预制、紧凑式的配电设备。通过多种科学、合理的散热结构和方法，达到高压/低压预装式变电站节能降耗及延长使用寿命的目的。

高压/低压预装式变电站；温升；散热

高压/低压预装式变电站是一种把高压开关设备、配电变压器和低压配电装置按一定的接线方式组装成一体的预制、紧凑式的配电设备。随着经济的发展和城市化进程的加快，象这种具有成套性强、体积小、结构紧凑、运行安全可靠、维护方便、以及投资少、见效快、送电周期短等特点的预装式变电站在城乡电网中得到广泛的应用。高压/低压预装式变电站国家标准GB/17467-20104.10.1预装式变电站的额定最大容量：①预装式变电站的额定最大容量是设计变电站时指定的变压器的最大额定值。②变压器的额定值是GB1094.1-1996或GB1094.11-2007中规定的变压器的额定容量和额定总损耗。注：根据外壳级别和周围温度条件能将预装式变电站的输出容量限制到小于其额定最大容量。特别是由于城市规划、土地升值过快等多方因素，使得安装方便、占地面积小的小容量预装式变电站（1600kVA以下）已成为用户的首选，一改对预装式变电站临时性设备的认识。这就使市场需求逐年扩大，众多电器厂家纷纷进行生产制造，市场出现了各种各样的预装式变电站。预装式变电站最大的特点是：“利用标准化产品的组合，充分满足专一用户的供电需求。”既然是专一，就是不通用，这就要求制造厂按不同的用户需求来设计制造，每个用户所用的供电变压器容量、开关回路多少、外围环境、布置方式等均有差异。

一台置于太阳下、无风状态下运行的变压器与一台具有相同负载的置于遮阳的箱体中、有自然通风（或加机械通风）良好状态中运行的变压器可以具有相同的温升，这显然是不正确的。由于变压器安装在户外的箱体中，避免户外太阳的爆晒和变压器本身产生的热量能否散出以保证变压器正常的工作就成了用户最为关心的问题。下面就以预装式变电站的温升问题谈谈我公司以及本人在预装式变电站制造过程中约十余年的一些经验和体会，以供大家探讨，共同提高我国预装式变电站的制造水平。

安装在预装式变电站中的变压器同样要求周围空气的年平均温度不得高于20℃，由于环境恶劣导致变压器的运行温度升高，一方面将影响变压器的寿命，另一方面，如果要保证变压器的额定负荷，其绕组的直流电阻将变大，负载损耗增加，促使变压器的温度进一步升高，最终不得不降低负荷，从而使变压器的使用效率降低。以S9-630kVA为例，为保证温升限值而降低负荷，其相互关系见图1。

图1 温升与负荷关系图

作为引导我国预装式变电站的设计和生产步入标准化、系列化和规范化的国标《高压/低压预装预装式变电站》（GB17467-2010）和充分体现电力系统使用工况具体要求并与《高压/低压预装预装式变电站》（IEC1330-1995）技术标准相互衔接，以统一电力系统的订货技术条件和使用要求的我国电力行业标准《高压/低压预装预装式变电站选用导则》（DL/T537-2002），都对预装式变电站的使用条件、元件要求、设计和结构、型式试验和出厂试验作出了明确规定。如：

关于密封和散热通风方面的相关规定有：①预装式变电站的外壳应设计成能在《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB11022-2011）规定的正常户外使用条件下使用，从而达到箱壳内的高、低压开关设备和控制设备、电能计量设备、无功补偿装置等能够在规定的正常户内使用条件下使用。②预装式变电站的外壳防护等级应不低于《外壳防护等级（IP代码）》（GB4208-2008）的IP23D规定。③预装式变电站应设足够的自然通风口，并采取必须的隔热措施，以保证在正常环境温度下，所有电器元件的温升不超过允许温升，否则应采取强制通风或按额定外壳级别相应降低使用容量。④处于污秽空气中的装置，其污秽等级应符合高低压设备和变压器，电能计量设备以及无功补偿装置相应标准的规定。⑤预装式变电站的开关设备和控制设备的隔室应装设适当的驱潮装置，以防因凝露而影响电器元件的绝缘性能和对金属材料的腐蚀。由此可知标准对箱壳材料，结构设计的要求是：机械强度高，有抗紫外线辐射、抗暴晒性能和抗环境腐蚀的能力，至少能有15～20年的使用寿命。密封性能好，具防尘，防潮的能力。使箱壳内部具备适合户内电器设备的运行环境。有良好的通风散热和隔绝日光热辐射的能力，使箱壳内部电器设备运行不超温。处理好外壳密封，防尘，防潮和通风散热与隔热的关系，正是预装式变电站外壳材料选用、结构设计的关键技术。经验得知：当气温在30～40℃、壳内相对湿度达70%以上时，只要气温下降5℃即有凝露发生。因此当外壳设计达不到标准要求，则必须通过采取强制通风，选用优质低耗元器件及加大外绝缘爬距等措施予以弥补，当箱壳内有污秽和凝露存在时绝缘件还必须按严酷环境条件下的凝露和污秽等级条件（应按《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》（DL/T539-1993）做出厂试验。⑥关于预装式变电站外壳等级的相关规定有：预装式变电站将变压器、高低压电器设备等发热元件组装在箱壳内，恶化了散热条件，所以标准将外壳级别定义为“在规定的正常使用条件下，变压器在外壳内的温升和同一台变压器在相同负载下在外壳外的温升之差”，DL/T537规定有四个额定外壳级别：级别0、10、20、30分别对应于0K、10K、20K、30K 的最大温升差值（国标有 5、10、15、20、25、30 六个额定外壳级别）。

一般来说变压器的降温一般有自然通风和非自然通风向两种措施。自然通风是完全依靠自然力量，使室外空气流入室内，并使室内空气排出室外。这种自然通风的原动力有两种：由室内外的温度差和高度差所引起的气压差导致的通风换气作用。由室内外的风速不同所引起的通风换气作用。非自然通风（机械通风）就是利用机电设备如排气扇、鼓风机等来达到的通风换气作用。

下面借用其它厂家生产的预装式变电站关于解决温升问题的方案举例，供大家借鉴参考。

1 广东海鸿变压器有限公司上下直通风的形式解决温升问题的方案预

装式变电站采用上下直通风的形式，该方式利用‘烟囱效应’原理和优化设计的通风结构使产品具备很强的散热能力。其中大顶盖上设有完全符合防护等级IP33要求的通风口，变电站散发的热量将室内的空气加热上升，并通过烟囱原理加速热气流排放速度，把热量从两顶盖之间的通风口排出；另一方面，外界日晒引起的热量可利用大、小顶盖之间的空气层和隔热板将其有效地阻隔于变电站外。海鸿公司预装式变电站的外壳等级符合国标和IEC标准规定的最高级别10K级的要求，本公司产品实际小于5K（级别超小，反映变电站外壳通风散热能力越强）。结构见图2。

图2 热气流排放示意图

2 北京龙源开关设备有限责任公司双层通道式结构解决温升问题的方案

用户选购一台供电变压器，都希望能满负荷或短时超负荷使用，要保证这个希望值，就必须注重箱变外壳的自然通风量的设计，外边的冷空气要与箱变里的热空气形成对流，从而确保供电变压器的绕组温升，保证满负荷或短时超负荷能力。我们是这样解决温升这个问题的；外壳采用自然对流的双层隔热的风道结构（该结构已经申请专利），采用这一结构设计基本满足供电变压器的散热要求。在短时间超负荷运行时，增设了温控强排风装置确保供电变压器安全运行见图3。

图3 温控强排风装置位置图

综合上述广东海鸿变压器有限公司通过烟囱原理加速热气流排放速度和北京龙源开关设备有限责任公司在变压器散热器下部装风扇，用吹风的方法使空气加快流动，都能有效的增大散热能力。试验证明，吹风可使对流散热增加85倍，同一台变压器，用了吹风之后，容量可提高30%左右。通过以上两个案例希望能为我国输变电节能降耗及变压器寿命延长做一个有益可行的尝试，并引起大家足够的重视，找出更多更好的解决方法。

[1]《高压/低压预装预装式变电站》（GB17467-2010）.

[2]《电力变压器第一部分总则》（GB1094.1-1996）.

[3]《电力变压器第11部分：干式变压器》（GB1094.11-2007）.

[4]《高压/低压预装预装式变电站》（IEC1330-1995）.

[5]《高压/低压预装预装式变电站选用导则》（DL/T537-2002）.

[6]《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》（GB/T11022-2011）.

[7]《外壳防护等级（IP代码）》（GB4208-2008）.

[8]《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》（DL/T539-1993）.

TM63

A

1004-7344（2016）18-0060-02

2016-6-8

谢利平（1973-），男，工程师，本科，主要从事水电、工矿发配电等电器设计工作。