一種變壓器室風道改造的方法

戴岸玨，林 海

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

1 主變發熱問題分析

1.1 設計通風量與主變散熱需求比較

變壓器負載損耗是計算室內變電站通風量的主要依據。假設變壓器是絕熱的，其熱交換僅在送入室內的空氣與室內原有空氣之間進行，變壓器的損耗都轉化為變壓器本體溫升。根據文獻[1]可知：

其中，Q為通風量；T1為送風溫度，T2為排風溫度；φ為空氣要帶走的熱負荷，包括變壓器空載損耗P0和負載損耗Pe。假設額定負載損耗為Pf，負載電流為I，額定電流為I0，則總熱負荷φ為：

ρ為空氣密度，取1.29 kg/m3；c 為空氣比熱，取1.005 J/kg·℃；出風口與進風口的溫差取經驗值10℃[2]。因此，可得：

以110 kV 少年宮站為例，目前裝設的主變容量為50 MVA，額定負載損耗約為170 kW，空載損耗P0為23 kW，額定負載損耗Pf為170 kW。根據公司規定，運行電流上限為為額定電流262.4 A。因此，少年宮主變室所需最小通風量Q=887 m3/min。

而少年宮站主變室內裝設有兩臺風量為52 725 m3/h的無雨帽玻璃鋼風機，因此，主變室每分鐘的通風量為1757.5 m3/min，滿足最高負荷時的散熱要求。

由分析可知，可以排除因通風量不足而造成的主變油溫過高的可能性。

2 風道及風向分析

根據現有技術，許多戶內主變室通風降溫采用變壓器一側墻體進風，屋頂增設風機進行負壓排風的模式。通過實地測量主變四周的風向和風速，判斷主變室各處的散熱情況。

此處定義換氣效率為空氣最短的滯留時間與實際主變室內側平均滯留時間之比。

風向風速數據采集的目標為，在保持足夠安全距離的前提下，盡可能準確豐富地反映主變室的風向風速變化。圖1 為主變室俯視圖，在主變四周取標號為1-8的八個點，這八個點靠近主變散熱片，分別采集這八個點在高度為0.2 m、2 m、3.8 m三個平面的風速與風向，具體數據如表1 所示。

由表1 可知，在三個高度上，主變壓器左側的3、4、5 三點的風向角和風速值分別與右側的1、8、7 三點較為接近。各處的風速和風向可以用向量表示。取高度0.2 m處1、3兩點的風向角均值與風速均值作向量，設為a1，定義高度2 m 處與3.8 m 處的平均風向量為a2與a3。同理，取三個高度上，4、8 兩點的風向角均值與風速均值作向量b1、b2、b3；5、7 兩點的風向角均值與風速均值作向量c1、c2、c3。在主變室左視圖中畫出這九個向量，如圖2 所示。

圖1 主變室俯視圖

表1 改造前主變四周風速風向值

由圖2 可以看出，主變室內氣流組織形式不合理，導致主變室各處風速不均勻，c2、b3處風速較大，c1、b2、a3、c3次之，a1、a2風速幾乎為0，說明主變室內側空氣流通性差，換氣效率低，且風速最快的氣流沿c1→b2→a3路徑上升。由此可以推斷主變室內側室溫及油溫偏高的原因：主氣流在上升過程中直接從氣阻最小處向上穿堂而過，形成一道隔斷氣簾，使得主變室部分散熱片無法與戶外空氣發生熱交換，散熱不佳，溫度升高形成高溫區域，影響該區域的降溫。

3 變壓器室風道改進方案

3.1 方案設計

本方案對風道進行改向。主要內容是：在百葉窗進風口處加裝擋風板，改變風道方向，使空氣流經主變靠電纜夾墻側，消除主變過熱的隱患。圖3 為改造方案示意圖。空氣沿百葉窗進入主變室后，因受到擋板阻擋，風向發生改變，空氣更集中于主變下端，更多空氣流經主變靠電纜夾墻側，達到加強散熱的效果。在進風量不變的情況下，通過減少進風口面積，提高進風速度，加強通過主變下側的空氣流動，緩解主變內側室溫、油溫過高的問題。

圖2 改造前主變室風向示意圖

圖3 主變改造方案示意圖

3.2 方案實施

引風板采用鋼架結構支撐，并在鋼架斜面上鋪設亞克力板。為減少風阻損耗，設計完成主變室百葉窗高2.1 m，寬5.1 m。進風口面積為10.7 m2。

亞克力板尺寸如圖所示。

圖4 亞克力板尺寸示意圖（數據單位：mm）

3.3 效果檢驗

加裝引風板后，在相同負荷，相同氣溫的條件下，采集同一主變這八個點，三個平面的風速與風向，結果如圖5 所示。由圖5 可知，改造后主變室內氣流組織形式得到改善，氣流通過c1→b1→a1→a2→a3路徑流經主變室內側，提高主變內側的換氣效率，加強主變室內側與空氣的熱交換。

4 結論

本次變壓器室風道改造主要是針對變電站主變散熱片頂部油溫過高及主變室內側氣溫高進行的質量控制和改進措施。改造前，油溫過高，導致變壓器風扇頻繁啟動，變壓器損耗過大，并有跳閘的危險。改造后，通風的設計得以優化，主變室內側換氣效率顯著提升，主變室內側氣溫高及變壓器油溫明顯降低，降低了損耗，減少城市停電時間，保證了供電的安全性。

圖5 改造后主變室風向示意圖