變配電室的發熱量估算

鄭其鋒

(紫金(廈門)工程設計有限公司 福建廈門 361016)

0 引言

在各類工業和民用建筑中，變配電室在供配電系統中處于核心地位。變配電室是否穩定可靠運行，直接影響著供配電系統是否能安全和經濟運行。影響變配電室穩定可靠的因素很多，其中變配電室夏季溫度過高，是各項目中比較普遍存在的問題。極端情況下，夏季變配電室內環境溫度能達到60℃，遠超過規范中規定的允許最高值40℃[1]，致命電氣設備發熱嚴重，留下嚴重的安全隱患。產生此問題的原因如下：

(1)設計時對電氣設備的發熱量估算不足，導致暖通專業在計算通風量時偏低；

(2)變配電室內送風氣流路徑設計不合理；

(3)變配電室內未設置除濕設備。

1 變配電室內各類用電設備的發熱量分析與估算

變配電室內發熱量大的設備主要有電力變壓器、高低壓配電柜、變頻器柜，以及線纜等用電設備，維護結構負荷一般可忽略不計。但在工程設計中，往往忽略了線纜的發熱部分，經實際項目的工程計算，線纜的發熱量往往達到變配電室總發熱量的一半。如果忽略線纜的發熱量，對電氣設備的發熱量估算不足，將使暖通專業在計算通風量時偏低，從而導致變配電室夏季實際運行時溫度過高。

某項目變配電室內安裝有容量1250 kVA變壓器2臺，容量1600 kVA變壓器2臺，高壓開關柜15臺，低壓開關柜29臺，低壓電容器柜總補償容量1800 kvar，無高壓電容器柜，各類電纜回路若干。

下面結合該具體項目，進行變配電室內各類用電設備的發熱量分析與估算。

1.1 變壓器發熱量估算

電力變壓器的發熱量為變壓器運行時的損耗，包括負載損耗和空載損耗，其中負載損耗與變壓器運行時的負載率相關。根據《工業與民用供配電設計手冊》(第四版)第30頁[2]，對于雙繞組變壓器的發熱量計算公式如下：

ΔPT=ΔPo+ΔPk(Sc/Sr)2

(1)

式中各符號的含義：△PT為電力變壓器的有功功率損耗，kW；△Po為電力變壓器的空載有功功率損耗，kW；△Pk為電力變壓器的短路有功功率損耗，kW；Sc為計算負荷的視在容量，kVA；Sr為電力變壓器的額定容量，kVA；其中，△Po和△Pk均可由變壓器產品技術資料查得。

當電力變壓器的負載率不大于85%時，其有功功率損耗可按以下計算公式粗略計算：

ΔPT=0.01Sc

(2)

該項目電力變壓器選用能效等級2級、絕緣等級F級、電工鋼帶的10 kV干式三相雙繞組無勵磁調壓配電變壓器。變壓器的發熱量估算，按《電力變壓器能效限定值及能效等級》(GB 20052-2020)表2規定的配電變壓器能效限值，選取△Po和△Pk的參數[3]。變壓器的發熱量如表1所示。

表1 變壓器的發熱量計算表

1.2 高壓開關柜、高壓電容器柜及低壓開關柜、低壓電容器柜的發熱量估算

根據《工業與民用供配電設計手冊》(第四版)第156頁[2]，表3.4-6，該工程案例的高壓開關柜及低壓開關柜的發熱量如表2所示，高壓電容器柜及低壓電容器柜的發熱量如表3所示。

沙坡滑坡：位于溝域左岸中部，平面近似“簸箕形”，斜坡坡向為280°，地形整體坡度為15°～30°，局部坡度為35°～65°；斜坡前緣高程約為805.0～840.0m，后緣高程為930.0m，前后緣相對高差約為100.0m，該滑坡體橫寬度約為180m，縱長約為200m，面積約為3.6×104 m2，滑體為該滑坡平均厚度約為7.0m，體積約為25.2×104 m3，為中型土質滑坡。

表2 高壓開關柜及低壓開關柜的發熱量計算表

表3 高壓電容器柜及低壓電容器柜的發熱量計算表

1.3 變配電室內電纜的發熱量估算

根據《工業與民用供配電設計手冊》(第四版)第156頁[2]，變配電室內電纜的散熱量也需要考慮，由載流電纜的損耗求出。損耗功率以一年最熱季節中可能存在的最大損耗進行計算。一條n芯電纜的損耗功率PR，計算公式如下：

(3)

溝道內N根電纜的損耗功率和為P，計算公式如下：

(4)

式中，Ic為一條電纜的計算負荷電流，A；ρt為電纜運行時平均溫度為50℃電纜芯電阻率，Ω·mm，對于銅芯電纜，取0.0193×10-3Ω·mm；L為電纜長度，m；S為電纜芯截面，mm2;K為電流參差系數，可取0.85～0.95。

根據以上計算公式和參數，該工程案例的變配電室內電纜的散熱量如表4所示。其中，表中計算電流按斷路器脫扣器整定值0.9倍簡化計算。

表4 變配電室內的電纜的發熱量計算表

1.4 變配電室內各類用電設備的發熱量合計

綜上計算過程，該變配電室的各類用電設備的發熱量合計如表5所示。

表5 變配電室的各類用電設備的總發熱量計算表

從以上變配電室內各類用電設備的發熱量分析與估算過程可以看出，變配電室內的電纜的發熱量較大，不可忽略。另外，因該項目無變頻器柜，沒有分析變頻器柜的發熱量，工業項目在變配電室內安裝有變頻器時，變頻器的發熱量可從變頻器產品技術資料獲得。當無法獲得具體參數時，可按變頻設備容量的4%～4.5%計入發熱量。在實際工程計算時，表1～表5可以通過公式編輯做成一系列相關聯的電子表格，只要調整表格中的相關參數，便可快速估算出變配電室的總發熱量。

2 變配電室的降溫方式

(1)暖通專業在進行設計時，應仔細核算機械排風系統的進、排風量是否能夠滿足通風散熱要求。當通風散熱不能將室溫降到滿足變配電室各用電設備的正常工作環境要求時，需增設空調降溫系統。

(2)變配電室內送風的氣流應從發熱量較小的高低壓配電柜區域，流向發熱量大的變壓器區，再從變壓器區排放至室外。

(3)當項目所在地夏季為高熱高濕度地區時，變配電室內夏季濕度非常大，影響設備正常使用，宜裝設除濕設備。

3 結語

本文分析探討了如何方便快捷地進行變配電室發熱量估算，給暖通專業提供一個相對準確的發熱量參數，便于暖通專業根據工程實際情況采取相應的變配電室降溫措施。同時，簡要地提出變配電室的降溫措施應注意的幾點問題，供電氣和暖通設計人員參考。本文未考慮維護結構負荷等對變配電室發熱和降溫的影響，在今后的工作中可進行相關方面的研究和總結。