110 kV 隆基站主變室通風(fēng)降溫項(xiàng)目研究應(yīng)用

徐振哲

（龍口煤電有限公司，山東 龍口 265700）

1 主變室通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

龍口煤電供電部所管轄的隆基110 kV 變電站內(nèi)主變室空間布局存在設(shè)計(jì)缺陷，導(dǎo)致空氣流通不暢和進(jìn)風(fēng)受阻。同時(shí)，主變室內(nèi)風(fēng)機(jī)數(shù)量和容量都比較小，降溫能力有限，難以達(dá)到對(duì)變壓器快速、有效的制冷。由于天氣原因?qū)е略O(shè)備溫度持續(xù)走高，10 kV 開關(guān)柜內(nèi)母線溫度已達(dá)58 ℃，變壓器繞組溫度高達(dá)72 ℃。溫度的上升在變電站運(yùn)行中存在著極大的安全隱患，也加速了變壓器老化，從而使變壓器的使用壽命大幅減少。因此，需對(duì)室內(nèi)的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)劃改進(jìn)，通過有效的通風(fēng)制冷方式將變壓器和風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中所造成的功耗熱量及時(shí)排出，保證室內(nèi)溫度達(dá)到變壓器正常工作的基本條件。科學(xué)有效的通風(fēng)系統(tǒng)，大大起到了降低能耗、節(jié)約能源和延長(zhǎng)變壓器使用壽命的效果。

2 主變室

2.1 主變室結(jié)構(gòu)

通過主變室的空間布局以及通風(fēng)形式實(shí)地查看，認(rèn)為影響了主變室散熱的因素主要存在兩點(diǎn)：1）進(jìn)風(fēng)受阻，進(jìn)風(fēng)口數(shù)量以及開口面積不足，導(dǎo)致了進(jìn)風(fēng)量不足，因此空氣流動(dòng)被限制，流速緩慢，冷風(fēng)不能迅速有效進(jìn)入主變室內(nèi)進(jìn)行降溫；2）風(fēng)機(jī)容量太少，送風(fēng)量差導(dǎo)致了制冷效果不理想，無法在主變正常運(yùn)行期間對(duì)其運(yùn)行所散熱量有效降溫。

圖1、圖2 為原主變室的設(shè)備位置圖。

圖1 原位于中央位置的T40N08A（變壓器、風(fēng)機(jī)）

圖2 屋頂風(fēng)機(jī)（變壓器、風(fēng)機(jī)）

110 kV 隆基站戶內(nèi)主變室，變壓器和風(fēng)機(jī)位于同一的主變室內(nèi)。主變型號(hào)為SZ11-63000/110，冷卻方式為ONAN 油浸自冷型，空載損耗為43.9 kW，負(fù)載損耗為220.1 kW，散熱器片共有20 組。主變的東墻有兩處（一高一低）散熱孔，上部分散熱網(wǎng)采用鋼絲材料，設(shè)計(jì)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，位于變壓器大蓋上方，對(duì)頂部結(jié)構(gòu)進(jìn)行散熱；下部分散熱部分采用百葉窗結(jié)構(gòu)，利用了百葉窗結(jié)構(gòu)可以零活切換開啟關(guān)閉的特點(diǎn)，無進(jìn)氣狀態(tài)時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)分析，百葉窗的特性無法得到發(fā)揮，難以起到有效的散熱作用，其原因主要是由于變壓器底部氣流流通不暢，氣流由上部分散熱網(wǎng)排出，百葉窗沒能形成有效的進(jìn)氣壓力，無法做到自動(dòng)調(diào)解開合狀態(tài)，導(dǎo)致了進(jìn)氣受阻的現(xiàn)象。

儲(chǔ)油池高度為2 m，位于散熱器兩側(cè)，設(shè)計(jì)有兩臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)，向上吹氣，屋頂有3 個(gè)排風(fēng)口，使用3 臺(tái)DWT 型軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行排風(fēng)。

2.2 運(yùn)行負(fù)荷是導(dǎo)致變壓器溫度升高的主要原因

變壓器的損耗發(fā)熱量與負(fù)載率密切相關(guān)：

式中：ΔP為變壓器總損耗；P0、Pk分別表示變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗，kW；β為負(fù)載率；K為負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)。

主變?cè)谶\(yùn)行中的負(fù)荷和其發(fā)熱量密切相關(guān)，而使室內(nèi)的空氣流速以及流量增加，就可以迅速有效地降低室內(nèi)溫度，從而直接達(dá)到降低變壓器溫度的效果，完成對(duì)變壓器的制冷目的。

對(duì)實(shí)際用電負(fù)荷的統(tǒng)計(jì)，該變壓器的最大負(fù)荷曾經(jīng)達(dá)到過55 000 kW。根據(jù)設(shè)備銘牌，空載損耗P0為43.9 kW，負(fù)載損耗Pk為220.1 kW，根據(jù)最大負(fù)荷，計(jì)算所得：總損耗ΔP=236.05 kW。

2.3 排風(fēng)量的計(jì)算

加強(qiáng)主變室通風(fēng)效果的目的是利用空氣流通帶走設(shè)備在運(yùn)行中所產(chǎn)生的熱量, 減緩以及避免設(shè)備和室內(nèi)溫度的升高，從而維持油溫及室內(nèi)溫度長(zhǎng)期平穩(wěn)的保持在合理的范圍內(nèi)。改造前的通風(fēng)狀態(tài)如圖3。在主變室全面運(yùn)行通風(fēng)系統(tǒng)之下所能帶走的剩余熱量可通過公式（2）計(jì)算：

圖3 改造前的送風(fēng)狀態(tài)

式中：Q為送風(fēng)所能帶走的余熱量，kW；C為空氣的比熱容，一般取為1.01 kJ/（kg·℃）；G為通風(fēng)量，kg/s；tp為排出空氣的溫度，℃；tj為進(jìn)風(fēng)溫度，℃。

因此可得出通風(fēng)量

進(jìn)氣溫度越低，進(jìn)出氣溫差也就越大，通風(fēng)量G也就可以越少。

根據(jù)龍口市夏季氣候表現(xiàn)，進(jìn)氣溫度取30 ℃，出氣溫度取36 ℃，送風(fēng)所能帶走的余熱Q應(yīng)該與變壓器產(chǎn)生的熱量相等，即Q=ΔP，經(jīng)計(jì)算：

又根據(jù)空氣密度1.205 kg/m3，換算得，通風(fēng)量為116 370.95 m3/h。

而目前情況下，在主變室的屋頂現(xiàn)存的3 臺(tái)DWT 型軸流風(fēng)機(jī)的排風(fēng)量每臺(tái)為20 000 m3/h，無法達(dá)到理想的通風(fēng)效果。根據(jù)計(jì)算，需要將風(fēng)機(jī)增容至40 000 m3/h 的容量，同時(shí)對(duì)防雨罩的設(shè)計(jì)要進(jìn)行加高，保證排風(fēng)系統(tǒng)暢通，減少對(duì)排風(fēng)量的影響。

3 改造方案

1）目前主變室正在采用的兩臺(tái)風(fēng)機(jī)型號(hào)為T40N08A，該設(shè)備的通風(fēng)量為23 700 m3/h，因此現(xiàn)存的風(fēng)機(jī)難以滿足主變室降溫的通風(fēng)要求。計(jì)劃將原型號(hào)風(fēng)機(jī)增加至6 臺(tái)，加大主變室的進(jìn)風(fēng)量，通過大風(fēng)量的空氣流通對(duì)散熱器的散熱片進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷降溫。強(qiáng)制加大通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量是實(shí)現(xiàn)主變室內(nèi)設(shè)備充分散熱的最有效方法。示意圖如圖4。

圖4 改造后主變室俯視圖

2）拆除原東墻下側(cè)的百葉窗，更改進(jìn)氣方式為跟上側(cè)一樣的鋼絲網(wǎng)進(jìn)氣方式，從而解決由于百葉窗使用局限導(dǎo)致的進(jìn)氣受阻問題。位于變壓器底部的風(fēng)機(jī)可以進(jìn)行空氣的強(qiáng)制循環(huán)，從而將設(shè)備所散發(fā)的熱量從上側(cè)鋼絲網(wǎng)部分排出，緩解屋頂抽風(fēng)機(jī)的單一效果而導(dǎo)致的較強(qiáng)的負(fù)荷，增加空氣的室內(nèi)循環(huán)。

3）在儲(chǔ)油池內(nèi)增設(shè)3 臺(tái)JZLZCDZ 型（風(fēng)量2.36 m3/s，功率為370 W）軸流風(fēng)機(jī)，可以充分利用電纜間溫度較低的空氣，將電纜間抽出的冷氣，通過主變底部的風(fēng)機(jī)，向上運(yùn)送至主變散熱器，可以起到明顯的降溫效果。

改造后，安裝在儲(chǔ)油池內(nèi)的風(fēng)機(jī)，將西側(cè)電纜間的冷風(fēng)吹到主變室，同時(shí)可以起到強(qiáng)制循環(huán)風(fēng)的作用。示意圖如圖5。

圖5 改造后風(fēng)流示意圖

4 改造方案動(dòng)態(tài)分析

根據(jù)運(yùn)行值班員每天對(duì)主變負(fù)荷及溫度的監(jiān)視記錄進(jìn)行分析，在改造完成后，主變上層油溫最高溫度，由改造前的70 ℃，降至目前穩(wěn)定地保持在了50～60 ℃之間，降溫效果十分明顯。巡視人員進(jìn)入主變室內(nèi)，可以明顯感覺到?jīng)鲲L(fēng)的不斷循環(huán)，由此說明主變室內(nèi)進(jìn)出風(fēng)循環(huán)效果理想，改變了以往在設(shè)備運(yùn)行中無法清晰地感知到空氣循環(huán)的現(xiàn)象。

改造后，東側(cè)百葉窗改為鋼絲網(wǎng)，增大進(jìn)氣面積。示意圖如圖6。

圖6 通風(fēng)示意圖

5 改造創(chuàng)新點(diǎn)

1）安全效益

變壓器在運(yùn)行中的溫度對(duì)其使用壽命有著巨大的影響，因此需要時(shí)刻關(guān)注變壓器的運(yùn)行溫度。變壓器在超過溫升限值的狀態(tài)下長(zhǎng)期運(yùn)行，每超過8℃，主變的使用壽命就會(huì)大約減少一半的時(shí)間。如果讓主變?cè)谶\(yùn)行中保持一個(gè)良好的低溫恒溫環(huán)境，就可以極大程度地延長(zhǎng)主變壽命，同時(shí)避免了由于長(zhǎng)期高溫運(yùn)行所容易導(dǎo)致的安全隱患，提高運(yùn)行可靠性。此項(xiàng)改進(jìn)，解決了隆基站夏季大負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下主變溫度過高的問題，大大提高了供電的穩(wěn)定性和可靠性，為隆基公司的安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的保障。

2）經(jīng)濟(jì)效益

此項(xiàng)工程投資極低，7 臺(tái)風(fēng)機(jī)以及鋼絲網(wǎng)，總費(fèi)用大約為8000 元左右，但保障了隆基站的安全生產(chǎn)，且無需壓低負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)，減少了停電次數(shù)，創(chuàng)造效益預(yù)計(jì)100 萬元。