欧式箱变散热问题的探讨

许明杰

【摘 要】随着经济的发展和城市化进程的加快，组合式变电站成为主要的配电设备之一。散热是现有箱式变电站存在的主要问题之一，本文结合实际情况，从多方面考虑解决散热问题，尽量保证产品运行的可靠及安全性。

【关键词】箱式变电站；变压器；散热

1.箱式变电站的结构、介绍

组合式变电站俗称箱式变电站，简称箱变，是种将高压开关设备、配电变压器、低压配电设备、功率因数补偿装置及计量装置等变电站设备组合成一体的工厂预制的紧凑式配电设备。它是一种快装型成套配电设备。早在上世纪60年代，西方发达国家已经开始大量使用这种新型的成套配电设备。20世纪80年代，我国开始陆续使用箱式变电站，同传统的变电站相比较，它具有占地少、体积小、投资少、见效快、施工周期短、成套性强、对环境适应性强、安装方便等一系列优点。

我国自70年代后期，从法国、德国等欧洲国家引进及仿制的箱式变电站，从结构上采用高、低压开关柜，变压器组成方式，这种箱变称为欧式箱变，形象比喻为给高、低压开关柜、变压器盖间房子。欧式箱变由高压受电柜、低压配电柜及配电变压器三部份组成。

欧式箱变壳体材质国内普遍采用的有普通钢板、敷铝锌钢板、水泥预制板、玻璃纤维增强水泥板、彩钢夹芯板（中间夹聚氨酯泡沫绝热材料）。普通钢板造价比较低，但隔热效果比较差；水泥预制板和玻璃纤维增强水泥板隔热效果较好，耐腐蚀性好，但重量偏重，彩钢夹芯板隔热效果介于以上两者之间，重量比较轻。我国大部份地区夏季气温都比较偏高，笔者倾向于选用水泥预制板和玻璃纤维增强水泥板。

2.箱式变电站的散热措施

高低压柜的发热量很少不会对箱变造成影响，变压器的发热量很大直接影响了箱变输出负载的各项功能性能指标。因此，散热问题是现有箱式变电站存在的主要问题之一。欧式箱变结构紧凑，变压器室体积较小，特别是在炎热的夏季，变压器温度很高，在加上在运行过程中变压器要产生大量的热量，笔者认为可以从以下几个方面去考虑解决散热问题。

（1）在设计时，将本地的气候条件和变压器自身发热问题考虑进去，适当增大变压器的容量裕度来减少自身的发热量，但该办法会增加成本，降低经济性。笔者认为在夏季炎热地区为了保证箱变的安全运行，提高供电的可靠性，一定的浪费也是值得的。

（2）自然通风散热。当变压器容量小于315kVA时可采用此种散热方式。在变压器室门两侧、顶盖屋檐下侧、箱变基础底座上均设置通风孔，空气在它们之间形成对流来达到散热的目的。顶盖可以设计成带隔热材料的气楼结构，顶盖外面可以喷涂仿辐射层，减少室外的热量进入变压器室内。

（3）强迫通风散热。变压器运行时，将产生大量的热量，使变压器室的温度不断升高，特别是在夏天，由于环境温度较高和民用空调的大量使用，此时段配电变压器是在接近满负荷状态下运行，变压器本身消耗的电能（铜损和铁损之和）是以热量的表征形式散发在变压器室内的空气中，源源不断地对变压器室内的空气进行加热，温度升高更快，变压器容量较大时仅靠自然通风散热往往不能保证变压器安全的运行，一般都采用强迫通风散热措施加以解决。强迫通风散热的测温方式主要有两种：变压器室上部空气温度或变压器内上层油温设定为动作整定值，第一种方式是在变压器室上部设置温度数字显控装置和排风装置，温度数字显控装置监测箱变内的温度，并把监测的温度数值显示出来，便于工作人员查看。并且温度控制数字显示装置内设定了箱变正常运行时所需的温值，一旦所监测的温度值不能达到箱变正常运行时所需的温度值，温度控制数字显控装置就会通知排风装置，排风装置便会自动启动，对箱变进行散热，力求达到箱体内外热平衡的效果，从而实现箱变的通风、散热。目前国内多采用后种方法，后种方法同第一种类似，所不同的是第一种测温方式是变压器室上部空气温度，测温探头安装在变压器室内，第二种测温方式是直接测量变压器油温，探头直接安装在变压器内部，所测量的温度更加准确可靠，更能防止设备过热出现的各种事故，有效保证供电可靠性。在强迫通风方法中一般采用轴流风机，也有采用辐面风机或空调。空调的制冷效果较好但比较耗能，使用寿命较短；轴流风机将热空气从变压器室顶部抽出，冷空气从基础下面坑道处进入，形成对流，效果较好；辐面风机的排风口能比较均匀的吹拂变压器内外侧，来达到散热的目的。采用强迫通风散热方式需要特别注意的是风机排风量问题，如果小排量风机不能将室内郁积的热量迅速排出，使箱体内外的空气没有大量进行有效交换，造成热量在变压器室内大量聚集，引起箱变箱体内环境温度不断升高，形成恶性循环，最终将导致配电变压器温升超过运行极限，引起变压器温度保护动作，跳开高压侧断路器或低压总断路器。

（4）将变压器外露不放在封闭的变压器室内。我国的箱变是由欧式箱变发展而来的，随着我国对外经济的开放，大约在上世纪90年代，美国COOPER公司率先在中国市场打入了美式箱变，并获得了迅速的发展，其特点是变压器为主体，将负荷开关、后备保护熔断器、分接开关和变压器装在变压器油箱内，插入式熔断器、电缆和低压配电部分围绕变压器油箱排列，构成整体布置。目前，在这种结构上发展而来的国内产品“仿美式箱变”遍布大江南北，其主要特点是为了改善散热条件，采用BS9变压器，变压器取消油枕，将变压器油箱和散热片部分裸露在外面，形象比喻为变压器旁边挂个箱子。在欧式箱变中结构设计时，也可以采用BS9变压器，变压器放在敞开的间隔中，高压配电柜和低压配电柜则在变压器的另一侧，它们有机的结合在一起，即解决了变压器的散热问题又通过高低压之间的隔板解决了防护等级问题。笔者曾在几个工程项目中采用了此种结构设计，从2006年运行至今，效果良好。

（5）采用地热空调散热。地热空调是在全球性的能源危机和环境污染的背景下应运而生，其系统原理就是通过安装在地下的系列地温收集器，从土壤中吸收能量，经过能量转换实现空调调节功能。其最大的优势和亮点是节能、环保、低碳，在运行过程中不产生任何废弃物。“地热空调”有两种，一是利用热泵技术，把“恒温层”的地下水抽出来，热量交换后再排回去；一种是土壤源热泵，利用浅层常温土壤或地下水中的能量作为能源，在地下埋管，吸收热能。在欧式箱变中，笔者认为可以采用第二种技术，在修建箱变基础时，将管道埋在地下，换热器设于变压器室内，在炎热的夏天，源源不断的冷气通过换热器进入变压器室内，即保证了箱变安全可靠的运行，又达到了节能、低碳的目的。

3.结束语

目前，在我国广大城市、农村、工矿企业、公共建筑中，箱式变电站得到了广泛的应用。它改变了在电杆上安装变压器，蜘蛛网式的布线方式，它对电力网的安全、可靠运行、减少变电所投资、加快建设速度，都起到了良好的作用，是变电设备新的发展趋势之一。积极研究探讨与改进箱变散热措施，对降低箱变的故障率和提高供电可靠性有着积极的意义。 [科]