箱變溫升的原因與結構特點

箱式變電站是一種把高壓開關設備、配電變壓器和低壓配電裝置按一定的接線方式組裝成一體的預制、緊湊式的配電設備。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快，象這種具有成套性強、體積小、結構緊湊、運行可靠、維護方便、以及投資少、見效快、送電周期短等特點的箱式變電站在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中得到廣泛的應用。特別是由于城市規(guī)劃、土地過快等多方因素，使得安裝方便、占地面積小的小容量箱式變電站（1000KVA以下）已成為用戶的當選，一改對箱式變電站臨時性設備的認識。這就使市場需求逐年擴大，眾多電器廠家紛紛進行生產(chǎn)制造，市場出現(xiàn)了各種各樣的箱式變電站。箱式變電站大的特點是：“利用標準化產(chǎn)品的組合，充分滿足專一用戶的供電需求。”既然是專一，就是不通用，這就要求制造廠按不同的用戶需求來設計制造，每個用戶所用的供電變壓器容量、開關回路多少、外圍環(huán)境、布置方式等均有差異。由于變壓器安裝在戶外的箱體中，戶外太陽的爆曬和變壓器本身產(chǎn)生的熱量能否散出以保證變壓器正常的工作就成了用戶為關心的問題。下面就以箱式變電站的溫升問題為主談談我公司在箱變制造過程中的一些經(jīng)驗和體會，以供大家探討，共同提高我國箱式變電站的制造水平。

一、溫升問題

1、溫升是箱變壽命和功率的主要制約因素

箱變主要發(fā)熱元件--變壓器在運行過程中要產(chǎn)生損耗，這些損耗將全部轉變?yōu)闊崃?。熱量的一部分使變壓器自身的溫度升高，另一部分散發(fā)到周圍的空氣中去。變壓器的所有電磁載體都是發(fā)熱體，而鐵心和繞組是主要的發(fā)熱體。

變壓器的壽命取決于其絕緣介質的壽命。在正常運行條件下，主要是溫度對絕緣介質產(chǎn)生影響。長期的高溫會使絕緣介質老化，逐漸喪失其耐電性能。

各種絕緣介質在某一溫度作用下都有一定的壽命。油浸式變壓器所采用的絕緣材料主要是絕緣紙和紙板，設計壽命一般為二十年。通過試驗和生產(chǎn)實踐，人們認為：與二十年壽命相對應的絕緣介質長期允許的高溫度約為98℃。也就是說，油浸式變壓器中的絕緣介質在98℃的溫度作用下，可以連續(xù)運行二十年。

變壓器中各部位的溫度是不同的，在額定條件下運行時，各部位的溫度都不應該超過絕緣材料所允許的高工作溫度。所以，GB1094標準規(guī)定了油浸式變壓器的正常使用條件為：

海撥不超過1000m，高氣溫+40℃，熱月平均溫度+30℃，高年平均溫度+20℃等；規(guī)定了變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的溫升限值為：頂層油溫升55K（非全密封型），繞組平均溫升65K。標準規(guī)定的溫升限值是把變壓器周圍空氣的年平均溫度20℃作為基數(shù)，是頂層油溫和繞組平均溫度對年平均20℃空氣溫度的差值。變壓器的絕緣重要的是繞組絕緣，一般認為，繞組熱點溫度與平均溫度相差13K，所以，繞組的平均溫升限值是98-20-13=65K。

變壓器在運行過程中所產(chǎn)生的熱量是靠熱傳導、熱輻射和對流這三種形式散出的。從繞組到繞組表面，熱量靠熱傳導的形式散出；從繞組表面到油中，靠對流的形式散出；熱量從油箱外壁散到空氣中是靠對流和輻射這兩種形式實現(xiàn)的。油箱外壁對空氣的溫差大，約占總溫升的百分之60--70，從這點看，變壓器運行的環(huán)境溫度是很重要的。

現(xiàn)在不少箱式變電站中安裝了干式變壓器，干式變壓器的繞組溫升限值是100K，熱點溫度與平均溫度相差15K，干式變壓器的正常使用條件與油變相同。 但是，干式變壓器是一個比油變高得多的熱源，從干變到變電站內的空間再到變電站外的空間，有很大的溫度梯度。一般的干式變壓器都帶有風機，可以在強迫風冷的狀態(tài)下運行，風機使變壓器的溫度更快地散發(fā)到周圍的介質中。這就要求箱式變電站具備更好的通風散熱條件。要求變電站內、外空 間的溫度保持不變難以做到，但須控制變電站對外部空氣的溫升，使之趨于小。

安裝在箱式變電站中的變壓器同樣要求周圍空氣的年平均溫度不得高于20℃，由于環(huán)境惡劣導致變壓器的運行溫度升高，一方面將影響變壓器的壽命，另一方面，如果要保證變壓器的額定負荷，其繞組的直流電阻將變大，負載損耗增加，促使變壓器的溫度進一步升高，不得不降低負荷，從而使變壓器的使用效率降低。以S9-630kVA為例，為保證溫升限值而降低負荷，其相互關系見圖1。

2、雙層通道式結構解決了溫升問題

用戶選購一臺供電變壓器，都希望能滿負荷或短時超負荷使用，要保證這個希望值，就須注重箱變外殼的自然通風量的設計，外邊的冷空氣要與箱變里的熱空氣形成對流，從而確保供電變壓器的繞組溫升，保證滿負荷或短時超負荷能力。我們是這樣解決溫升這個問題的；外殼采用自然對流的雙層隔熱的風道結構（該結構已經(jīng)申請專利），采用這一結構設計基本滿足供電變壓器的散熱要求。在短時間超負荷運行時，我們增設了溫控強排風裝置確保供電變壓器安全運行。我們在采用此設計方案之前也走過一段彎路，一開始就發(fā)現(xiàn)采用單層結構不行，就采用雙層填充隔熱材料的結構，結果一驗證，我們做了個保溫箱。后又改成頂部通風，增加了強制通風等手段，溫升問題解決了，但又帶來了凝露問題。就這樣通過反復的驗證和數(shù)百處的改進，確定了現(xiàn)在的這種方案。并在電科院做了多種規(guī)格的型式試驗，其溫遠遠低于國家標準值（見溫升試驗記錄表）。按新方案生產(chǎn)的幾百臺箱式變電站已投入運行，使用在南方、北方等地區(qū)，經(jīng)歷了嚴冬和酷暑的考驗。

3、溫升試驗的計算

箱式變電站選用導則的電力部標準DL/T537-2002及國家標準GB/T17467-1998 6.2中關于溫升試驗的說明是這樣的：溫升試驗的目的是校驗箱式變電站外殼設計的正確性，即能正常運行和不縮短站內元件的預期壽命。試驗時須測量變壓器液面和繞組（干式變壓器只測繞組）的溫升和低壓設備的溫升。試驗應證明：變壓器在外殼內的溫升與同一臺變壓器在外殼外部測得的溫升差值不大于外殼級別規(guī)定的數(shù)值，如級別0（0K）、級別10（10K）、級別20（20K）、級別30K（30K），而每別值是這樣計算的：△t≤△t2-△t1(注: △t2 變壓器在外殼內的溫升  △t1變壓器在外殼外部的溫升)