分析抽水蓄能電站電氣設備發熱量確定

李永峰 范克濤

（1.中國電力建設工程咨詢公司 中國 北京 100120；2.河南省工程咨詢中心 河南 鄭州 450000）

1 電動發電機組發熱量確定

電站電動發電機組的冷卻循環漏風及機殼圍護結構、蓋板導熱都是設備熱量產生的主要來源。

計算機組機殼發熱量時，設定機殼總面積為M，傳熱系數為k，冷卻循環風平均溫度為T，廠房溫度為T1 則機組機殼發熱量表示為：

Q=kM（T-T1）

計算電機組漏風產生的熱量之時，假定循環風量為v，漏風系數為β，漏風溫度為T2，空氣容重為γ，空氣比熱為c，則電機組漏風產生的熱量為：

Q1=βvcγ（T2-T1）

可見，機組工作時的發熱量可通過其表面積及冷卻風的溫度等數據計算得出，相比之下，漏風產熱量的計算更為復雜多變，這與不同規格機組冷卻循環功能就數據參數各有不同有關。 因此，機組冷卻循環漏風產熱量的計算應切實根據設備冷卻風量的實際規格進行，避免產生誤差而影響后續溫濕度控制工作。

2 變壓器發熱量確定

電站變壓器運行過程中的產熱量來源與設備內部能量消耗，可大致分為鐵磁損耗產熱與電阻銅損耗產熱兩種。兩種損耗中的鐵磁損耗產熱影響因素較為單一（可視為定值），電阻銅損耗產熱的大小受到系統負荷的影響，系統額定電壓下產生的鐵磁損耗多為空載損耗，而電阻損耗多為短路損耗。

電站多數變壓器運行過程中損耗產生的熱量都通過空氣循環進入到空氣之中，提高了空氣溫度，水冷類變壓器損耗產熱則傳給冷卻水，不同種類的變壓器散熱量計算方式亦不同：

計算風冷型變壓器運行過程發熱量之時，假定空載損耗為P1，短路損耗為P2，則變壓器實際發熱量可表示為：

Q=P1+P2

計算水冷型變壓器運行過程發熱量之時， 假定室內溫度為T，油箱油溫平均值為T1，油箱散熱面積為M，則變壓器運行過程發熱量可表示為：

Q=5.5×（T1-T）1.25M×10-3

上述多種變壓器中，水冷型變壓器產熱量很大程度受到系統水冷卻器實際規格及冷卻水溫的影響（間接受季節變化影響），此種現象在蓄水式電站中表現尤為明顯， 因而計算水冷卻式變壓器運行發熱量時，應根據環境因素靈活實施。

3 電纜、母線發熱量確定

水電站廠房中的各種電纜設備會在運行過程中產生熱量，對電纜產熱量的確定是為了后期產熱控制， 避免電纜運行過程過分絕緣老化、影響載流量。 低壓動力電纜是水電站廠房中多種電纜設備中產熱量最大的一種，可根據電纜損耗參數確定其產熱情況，并相應制定通風計劃；若電纜設備的電壓在3kV 以上，則其相應的產熱量更大；一般來說， 截面為3×150mm 的電纜運行發熱量在40Wm 左右， 截面為3×50mm 的電纜運行發熱量在25Wm 左右。 水電站一般電纜運行發熱忽略不計，水輪機層、電纜廊道等部位的產熱量具體估算。

水電站多采用封閉式母線運行，母線外殼感應及運行損耗都是熱量產生的主要來源，一般來說，兩種母線產熱量確定方式如下：

運行功率損耗的確定中， 設定母線相電流為I， 集膚效應系數為Φ1，外殼集膚效應系數為Φ2，外殼工作溫度下直流電阻為R1，母線工作溫度下直流電阻為R2，則母線功率損耗產熱量表示為：

Q=3×I2R2Φ1L×10-3

廠房母線運行中外殼感應產熱量可表示為：

Q=3×I2R1Φ2L×10-3

母線運行中產熱量與母線本身的制造工藝、 材質有直接關系，質量越好的母線會死機運行中的產熱量就越低。

4 電抗器發熱量確定

水電廠電抗器常在大容量配電裝置中使用，其運行過程中的產熱量計算中，可設定其利用系數為S1，負荷系數為S2，額定功率之下的功率損耗為P，則其在運行過程中的產熱量可表示為：

Q=S1S2P

水電廠的電抗器在正常持續運行過程中產生的熱量可通過上式確定出來，而間歇性運行的設備則需要根據實際運行時間及設備的運行發熱特性曲線確定出來。

5 其他設備發熱量確定

5.1 照明設備發熱量

近年來，為滿足生產及設計要求，水電站照明設備功率明顯增加，設備產熱量的控制也引起了關注。一般來說，穩定的功率及電壓之下，照明設備有恒定的產熱量。照明設備運行過程中會有部分電能轉化為熱能而散播至還走遍環境中，部分光能會被周邊的物體吸收而轉化為熱能。 在確定照明設備運行過程中的發熱量之時，設定照明設備功率為M，鎮流器功率系數為S，則設備產熱量可表示為：

Q=SM

多數情況下，水電廠中照明設備運行過程中的產熱量可達變壓器容量的80%。

5.2 SFC 靜態變頻啟動裝置發熱量

一般來說，此種裝置實際運行中的產熱量可達300kW 以上，一般的SFC 設備可在電抗器運行啟動半小時后達到額定產熱量的20%左右， 濾波器等裝置則可達到額定產熱量的70%，SFC 設備的綜合產熱量可達額定產熱量的30%以上。 實際SFC 設備產熱量的確定應根據設備實際運行時長及容量大小確定。

6 結語

綜上所述，抽水蓄能電站中的電氣設備運行過程中的產熱量需要嚴格依照電氣專業理論及工程實踐經驗加以確定，當前的抽水蓄能電站中電動發電機組、變壓器、電纜、母線、電抗器的發熱是熱量確定及控制的主要對象。機組冷卻循環漏風產熱量的計算應切實根據設備冷卻風量的實際規格進行， 避免產生誤差而影響后續溫濕度控制工作；變壓器運行過程中損耗產生的熱量都通過空氣循環進入到空氣之中，水冷類變壓器損耗產熱則傳給冷卻水，不同種類的變壓器散熱量計算方式亦不同； 母線熱量計算要從母線外殼感應及運行損耗兩方面進行；而照明設備運行中的產熱量則要根據照明設備功率、鎮流器功率系數確定。 隨著水電站設計及建設水平的不斷提升，其電氣設備產熱量的確定工作仍需進一步結合電氣設備安裝及調試經驗，提高工作效率。

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