改进无相变对流换热形式降低湖站10.5kV母线道空气温度

王婉秋

浙江华电乌溪江水力发电有限公司 浙江衢州 324000

1 实施背景

乌溪江水电站为乌溪江流域开发的梯级水电站，上游湖南镇电站（以下简称“湖站”）共有4台单机容量50MW水轮发电机组，采用“两机一变”布置模式，在系统中主要担负调峰、事故和负荷备用功能。每年夏季高温季节7-8月份为主汛期，为做好防汛安全工作，湖站4台水轮发电机组改为基荷运行方式保持长时间发电（一般每天平均要连续运行15个小时以上），称为“大发电时期”。

从2017年湖站大发电以来，湖站10.5kV母线道内空气温度骤升，已经严重超过了规程中规定的最高限额，对母线道内断路器、厂变等一次设备安全运行构成了威胁。

2 现状诊断

2.1 诊断内容

统计了2017年7月25日至8月13日每日最高室外温度，湖站机组大发电情况下母线道内最高温度，统计数据绘制折线图1。

图1 湖站10.5kV母线道温度变化折线图

从图1中可以看到母线道温度随室外温度变化节节攀升，最高达到53℃，已经严重超过了规程中规定的最高限额40℃。

2.2 改善目标

本着保障母线道内电气设备安全原则，将母线道空气温度从目前最高53℃降低到规程规定的上限值40℃。

3 原因分析与对策制定

3.1 查找要因

湖站10.5kV母线道呈狭长、曲折、中后段收窄结构，空间相对封闭，并有两处平台，且第二处平台有7-8米高，目前母线道末端有3台排风机进行强迫对流散热。母线道内主要产热源为10.5kVⅠ、Ⅱ段母线，在排除母线道内电气设备正常运行前提下，计算分析母线道内产热量与散热量平衡关系。由母线功率损耗引起的散热量计算公式：

式中：

I ——母线的相电流（A）

RZ——母线在工作温度时的直流电阻（Ω/m）取

φs——母线集肤效应系数取φs=1.175

L ——母线的长度(m)L = 130m

母线道散热所需通风量计算：L=Q /(ΔtCr)（公式二）

式中：

C——空气比热，取C=1kJ/kg·℃

r——空气容重，一般取r=1.29kg/m3

Δt——按大发电时期母线道规定上限40℃，室外平均最高气温35℃，Δt=5℃

由Q总与公式二可以得出散热所需通风量L=190680m3/h

湖站10.5kV母线道现有三台排风机最大通风总量为75000m3/h，母线道内散热所需排风量高于三台排风机总排风量。最终得出导致母线道温度升高原因主要有两条：一是母线道内的通风量不满足散热要求；二是母线道内对流散热点过少，不满足散热要求。

3.2 制定对策方案

一、增加适合风量排风机台数并分散安装于10.5kV母线道内增加强迫对流换热点。

二、通过将原湖站10.5kV母线道防火门进行改进，在防火门里加装网状栏珊铁门从而增加对流换热面面积，增强对流换热效果。

4 实施过程

4.1 实施过程说明

一、根据母线道散热所需通风量与现有排风机总通风量之间的关系，选取离心式SFGN08-4排风机与离心式SF7-4排风机各两台，从母线布置结构、排风机正常运行条件和日后检修人员维护安全方面考虑，分散安装于母线道各处[1]。

二、通过现场实际测量母线道进门口的具体尺寸，设计定制合适尺寸的网状栏珊铁门，并安装于防火门内侧。

4.2 实施效果

对策实施后，统计了2018年7月25至8月13日同时期夏季高温湖站机组大发电时期母线道温度变化情况，统计数据绘制折线图2。

图2 对策实施后湖站10.5kV母线道温度变化折线图

从图2中可以看到母线道内空气最高温度从之前的53℃降到了39℃并不再继续升高，取得了很好的预期效果。

5 结语

通过数据分析与对比，找到了夏季高温季节湖站机组大发电时期10.5kV母线道空气温度升高的主要原因，最终从经济性、可实施性、安全性等综合方面考量，制定了有效的降温措施，大大降低了母线道空气温度，减少了母线道内一次设备故障率和安全隐患，保证了机组大发电时期电能输送的可靠性和安全性，具有非常大的社会效益。