城市變電站主變壓器布置研究

齊蓓 燕妮 王亞男

【摘 要】220kV主變壓器作為變電站內最為核心的設備，其型式選擇直接影響變電站整體的接線及布置方案，對于保證變電站的安全、可靠、經濟運行具有重要意義。為了解決市區戶內變電站主變壓器的噪聲、散熱等問題，本文針對主變壓器的布置方案進行了研究，提出了一種新的在主變分體錯層布置基礎上的分散布置形式，選用240MVA自冷變壓器，完美解決城市中心變噪聲污染和散熱這兩個矛盾的問題。引言：變壓器是電力系統中非常重要的一次設備，它的可靠性與經濟性直接關系著整個電力系統的穩定和經濟運行。隨著我國電網向特高壓、超高壓邁進，500kV主干電網日益完善，220kV變電站靠近負荷中心的趨勢更加明顯，這對大容量電力變壓器提出了更高的要求。城市戶內變電站通常選用240MVA主變壓器，變電站占地面積小，與城市發展規劃相契合，但是設備布置空間狹小，大容量變壓器散熱困難的問題尤為突出，若采取安裝大功率的排氣扇等措施，會對城市環境產生噪聲污染。因此，戶內變電站變壓器的噪聲污染和散熱，這兩個互為矛盾的問題愈來愈突出。針對此問題，本文對主變壓器的布置方案進行了研究。

1變壓器和散熱器分體錯層優化布置

分體式變壓器是指將主變本體和散熱部件分開布置在不同的房間，并利用熱管連接的一種變壓器。按照散熱器與主變分離的相對位置，常規的布置方式有水平布置和垂直布置，本文通過對這兩種布置方式的分析優化，提出了分體錯層布置方式，即主變布置在地上一層，散熱器戶外布置于地上二層，與主變本體高差4.5米。

根據工程同類設備運行經驗，散熱器同主變本體錯層布置無需對設備進行特殊處理，只需對密封橡皮圈進行加強技術處理。采用主變本體與散熱器分離高低錯層布置設計，通過抬高散熱器的安裝高度，將主變低壓側4組電容器組布置在散熱器的下方，可大幅優化變電站占地及建筑面積。

將主變本體戶內封閉布置，散熱器戶外布置，還可以有效地解決噪聲問題和主變散熱問題。主變錯層布置不僅充分利用了豎向空間，有利于優化建筑物整體層高，節約占地面積，并且方便電纜的引接與設備的運輸，優化效果明顯，同時主變本體與散熱器之間液位差相對完全上下垂直分體布置方案較小，有利于設備制造。

2變壓器分散優化布置

針對目前城市中心變運行要求，為建設環境友好型變電站，解決主變壓器散熱和噪聲等問題，本文結合工程實例提出變壓器分散布置理念，給出了一個兩全的解決方案。

依托工程全站采用單體兩層建筑，“一體兩翼”配電裝置布置格局，以10kV、220kV和110kV配電裝置為主體，變壓器分散布置在兩翼，全站接線布置順暢。如圖3-1所示，將全站3臺變壓器分散布置在生產綜合樓0m層東北、西北、東南三個角，GIS室、10kV配電間均布置在3臺變壓器中央。此分散式布置方案建筑面積為39m×31m（長×寬），較一列式布置方案（建筑面積為65m×36m）每層節約建筑面積1131m2。

圖3-1 主變分散布置方式4.5m層布置圖

主變220kV、110kV側均采用油氣套管與GIS連接，10kV采用空氣套管與全封閉全絕緣銅管母線連接。此連接方式連線簡潔、絕緣性能好，較變電站常用方案，節省110kV高壓電纜700米，電纜終端18套，減少工程投資。

由圖中可看出，主變與各級配電裝置相對位置合理，可實現與GIS的GIL管道母線直連，同時與開關柜最優連接，3臺主變都能形成主變三側的完美連接，通道順暢，簡化連線，在達到功能要求的前提下，布置清晰合理，響應了簡潔化設計理念，無繁瑣復雜通道，連接一目了然，施工方便，檢修維護簡單，節約了變電站運行成本。

本文提出的變壓器分散布置方案，全站3臺主變的散熱器均布置于建筑物最外沿，自然通風散熱條件優越，同時為得到更好的散熱效果，散熱器室敞開式布置，自然通風，使散熱器室形成空氣對流，有效降低散熱器溫度。

當前變壓器允許的最高溫升，主要受變壓器絕緣材料耐熱等級的限制。目前運行的油浸變壓器，其絕緣材料耐熱等級為A級，其最高允許的繞組運行溫度為105攝氏度，相應上層油溫為95攝氏度。變壓器在額定負載下的損耗等于空載損耗與短路損耗之和，它是計算室內變壓器通風量的主要依據，選用240MVA的主變壓器負載損耗約為700KW，對戶內主變在額定負載運行時所需通風量計算如下：

假設變壓器室四周絕熱，也即通過變壓器室四周墻壁散熱為零，主要靠通風散熱，則變壓器所需通風量為：

其中：V為所需通風量

Q為變壓器額定負載損耗（kW）

r為空氣比重=1.056kg/m3

Cp為空氣比熱=0.241kcal/kg

為出風口與進風口空氣溫差取10攝氏度

把以上數據代入上式中計算可得：

經對通風量的計算和與國內主變廠家進行技術溝通，證實240MVA戶內主變采用分散式布置方案，完全可以滿足變壓器額定負載下的散熱要求，即選用240MVA的強迫油循環自冷變壓器即可滿足工程需要。

4 控制環境噪聲方案

變壓器風扇在500Hz至2000Hz頻率會產生噪音，人耳對這種寬帶諧波比鐵芯在100Hz基本頻率產生的諧波更敏感，對許多強風冷卻變壓器來說，冷卻器風扇是比變壓器本身更明顯的噪聲源，加上變壓器本體產生的噪聲通過技術改造后對周邊環境的影響可以忽略，因此解決冷卻裝置風冷卻器的噪音問題是解決主變壓器甚至戶內站噪音問題的關鍵。

本文通過分析研究，提出變壓器在分體式錯層布置的基礎上分散布置，優化片散的散熱條件，主變選用240MVA自冷片式散熱器替代常規強迫油循環風冷卻器，從根本上杜絕了冷卻器的噪聲源，解決了城市變電站對周邊環境的噪聲污染問題，使得噪聲水平能達到該區域國家標準中相應的限值。

5 結論

本文提出的變壓器錯層分散布置方案有效解決了城市戶內變電站隔聲降噪和通風散熱的矛盾，優化了各電壓等級通道走向，使施工和運行更簡單方便的同時響應了環境友好型變電站設計理念，是將來建設新型城市戶內變電站可考慮的發展方向。

（作者單位：1.中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司；

2.中國電建集團華中電力設計研究院有限公司；

3.中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司）