主變壓器室通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)

鮑 衛(wèi)

泰安供電公司 山東 泰安 271000

0 引言

我電網(wǎng)現(xiàn)有110kV變電站中，主變壓器設(shè)在戶內(nèi)的有16座。部分站存在室內(nèi)溫度、油溫過高問題，對(duì)正常運(yùn)行非常不利。期間做過幾次改進(jìn)，主要是換裝大功率軸流風(fēng)機(jī)、增大開窗面積等，但效果不明顯。需采取切實(shí)可行的措施，充分利用自然通風(fēng)，使主變運(yùn)行環(huán)境達(dá)到規(guī)范要求，確保安全生產(chǎn)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查

對(duì)公司近幾年來新建的6座具有室內(nèi)變壓器的變電站進(jìn)行了調(diào)查統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見下表1、2、3。檢查方法和標(biāo)準(zhǔn)選用DL/T5210.1-2005《電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)定規(guī)程》。

2 影響變壓器室溫度高低的主要因素

變電站1主變室雖體積、本體高度第四。但進(jìn)風(fēng)口面積、排風(fēng)口面積第二，采用天窗排風(fēng)，進(jìn)排風(fēng)凈高差第三。且站址位于山腳下一山口處，本身室外溫度低于正常市區(qū)溫度。加之主變?nèi)萘枯^大，負(fù)載率不高。故該站室溫、油溫較低，由低向高排名均列第二，能很好滿足運(yùn)行要求。

表1 調(diào)查表1

表2 調(diào)查表2

表3 調(diào)查表3

變電站2主變室體積、本體高度第二。進(jìn)風(fēng)口面積第二，排風(fēng)口面積第一，采用天窗排風(fēng)，進(jìn)排風(fēng)凈高差第一。站址位于郊區(qū)，建筑物較稀疏，地勢(shì)開闊，本身室外溫度低于正常市區(qū)溫度。加之主變?nèi)萘枯^大（其中一臺(tái)五萬的為西門子變壓器），負(fù)載率不高。故該站室溫、油溫均最低，由低向高排名均列第一，能很好滿足運(yùn)行要求。

變電站3主變室雖未采用天窗排風(fēng)，僅采用髙側(cè)窗，進(jìn)風(fēng)口面積第三，排風(fēng)口面積倒數(shù)第四。但體積大小、本體高度第一。進(jìn)排風(fēng)凈高差第二。且站址位于山坡，本身室外溫度略低于正常市區(qū)溫度。加之主變負(fù)載率不高。故該站室溫、油溫較低，由低向高排名均列第三，能較好滿足運(yùn)行要求。

變電站4主變室未采用天窗排風(fēng)，僅采用髙側(cè)窗，進(jìn)風(fēng)口面積第四，排風(fēng)口面積、體積大小、本體高度第三。進(jìn)排風(fēng)凈高差第四。站址位于市區(qū)，建筑物較稠密，有熱島現(xiàn)象。但主變?nèi)萘枯^大，負(fù)載率不高。故該站室溫、油溫尚好，由低向高排名均列第四，目前能滿足運(yùn)行要求。但隨負(fù)荷增大，今后情況不容樂觀。

變電站5主變室未采用天窗排風(fēng)，僅采用髙側(cè)窗，進(jìn)風(fēng)口面積第四，排風(fēng)口面積、體積大小、本體高度第三。進(jìn)排風(fēng)凈高差第四。站址位于市區(qū)，建筑物較稠密，有熱島現(xiàn)象。且主變?nèi)萘枯^小，負(fù)載率高。故該站室溫、油溫較高，由低向高排名均列第五，夏季不能滿足運(yùn)行要求。

變電站6主變室未采用天窗排風(fēng)，僅采用髙側(cè)窗，且施工中將高側(cè)百葉窗改為固定采光窗，只能依靠軸流風(fēng)機(jī)排風(fēng)。雖進(jìn)風(fēng)口面積第一，但排風(fēng)口面積為零，體積、本體高度、進(jìn)排風(fēng)凈高差第五。且主變負(fù)載率高。故該站室溫、油溫最高，由低向高排名均列第六，夏季不能滿足運(yùn)行要求。

綜上所述，影響變壓器室溫度高低的主要因素如下：

第一，是否采用天窗排風(fēng)。采用天窗排風(fēng)，出風(fēng)口位于主變即熱源的正上方，符合熱空氣上行的熱工原理，且使氣流通過主變的路線便捷，加快氣流速度。采用天窗排風(fēng)，可加大進(jìn)排風(fēng)口的高差，從而增加熱壓力，形成煙筒效應(yīng)。

第二，主變室高度，體積，進(jìn)排風(fēng)高差。如果未設(shè)天窗，僅設(shè)髙側(cè)窗，但高度體積較大也可滿足要求，尤其是高度、進(jìn)排風(fēng)高差。但因排風(fēng)口位于主變側(cè)面，氣流通過主變的路線較迂回曲折，效果不如天窗。

第三，進(jìn)排風(fēng)口面積。加大進(jìn)排風(fēng)口的面積，可增加通風(fēng)量，但須與加快氣流速度的措施相結(jié)合才能取得較為滿意效果。

第四，主變?nèi)萘?、主變發(fā)熱量、主變負(fù)荷情況。若主變?nèi)萘枯^大，負(fù)載率不是很高，則發(fā)熱量也較低，采取一般措施也可滿足要求。但隨著負(fù)荷增長(zhǎng)，遠(yuǎn)期效果不理想。

第五，進(jìn)排風(fēng)口在主導(dǎo)風(fēng)向的位置。若進(jìn)風(fēng)口位置位于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)處，排風(fēng)口位于夏季主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)處背面，有利于利用風(fēng)壓送風(fēng)。否則容易在風(fēng)壓下形成倒灌?？蛇m當(dāng)采取構(gòu)造措施引導(dǎo)風(fēng)向，在進(jìn)風(fēng)口處捕風(fēng)、在排風(fēng)口處擋風(fēng)。如天窗可采取加設(shè)擋風(fēng)板的辦法防止排風(fēng)口倒灌，高側(cè)窗則無法采取此措施。

第六，變電站的位置。若變電站位于麥田、曠野等房屋障礙物稀疏地區(qū)，或位于山腳、風(fēng)口等處，則環(huán)境溫度較低，風(fēng)阻小，有利于通風(fēng)散熱。若變電站位于房屋障礙物稠密、容易形成熱島效應(yīng)的的地區(qū)，則要困難一些。但該因素只能在前期選址時(shí)予以綜合考慮，技術(shù)改造階段無法顧及此項(xiàng)。

3 理論分析

自然通風(fēng)不消耗機(jī)械動(dòng)力，是一種經(jīng)濟(jì)的通風(fēng)方式，對(duì)于產(chǎn)生大量余熱的車間，利用自然通風(fēng)可達(dá)到巨大的通風(fēng)換氣量。自然通風(fēng)主要利用熱壓和風(fēng)壓。由于自然通風(fēng)易受室外氣象條件的影響，特別是風(fēng)力的作用很不穩(wěn)定，所以自然通風(fēng)主要用于熱車間排除余熱的全面通風(fēng)，主要利用熱壓。主變室符合熱車間的特征，自然通風(fēng)應(yīng)主要利用熱壓，兼顧風(fēng)壓，同時(shí)采取措施消除風(fēng)壓的不利影響。

由流體力學(xué)和熱工原理知：

為消除余熱所需通風(fēng)量計(jì)算公式：

式中Q——室內(nèi)余熱

tp和ts——排風(fēng)和送風(fēng)溫度

c——空氣的定壓比熱

γ——空氣的容重

熱壓的計(jì)算公式：

式中 Δp——熱壓

h——進(jìn)排風(fēng)口中心線間的垂直距離

γw——室外空氣的容重

γn——室內(nèi)空氣的容重

通風(fēng)孔口空氣量的計(jì)算公式：

式中L′——每小時(shí)流經(jīng)單位面積孔口的空氣量

H——進(jìn)排風(fēng)口中心線間的垂直距離

Δt——室內(nèi)外空氣平均溫度差

通風(fēng)孔口面積的計(jì)算公式：

F—通風(fēng)口面積

公式（1）與前述影響因素3、6是一致的。公式（2）、（3）與前述影響因素1、2、6是一致的。通過計(jì)算（過程略），結(jié)果與前述影響因素4、5也是一致的。即前述影響和理論分析相符。

4 改進(jìn)方案

由上述分析得出結(jié)論。1、2、3三站自然通風(fēng)可以滿足運(yùn)行要求。4、5、6三站必須采取改進(jìn)措施，加強(qiáng)自然通風(fēng)。具體措施如下：

第一：增設(shè)天窗，保證排風(fēng)口面積和高度，以增大排風(fēng)量和熱壓強(qiáng)度。需要在原有屋面開洞，加設(shè)輕質(zhì)風(fēng)樓，以開設(shè)天窗。同時(shí)須對(duì)原有結(jié)構(gòu)梁加固，補(bǔ)做防水。

第二：為防止天窗空氣倒灌，在屋面設(shè)擋風(fēng)板?？刹捎幂p質(zhì)材料，注意不要破壞防水。同時(shí)注意處理好天窗的防雨、防水措施。

第三：增設(shè)底部進(jìn)風(fēng)窗，以加大進(jìn)風(fēng)量，同時(shí)采取措施利用風(fēng)壓加快進(jìn)風(fēng)速度?？衫梦醋饔统氐氖覂?nèi)地面做輔助風(fēng)道，引至主變附近。

第四：加設(shè)風(fēng)樓后，原有排風(fēng)窗封堵，以避免氣流短路現(xiàn)象?？稍谠写皟?nèi)側(cè)加砌半磚墻。

第五：新設(shè)風(fēng)樓宜四面設(shè)百頁(yè)，以增大排風(fēng)面積，提高排風(fēng)效率。同時(shí)百葉內(nèi)側(cè)設(shè)網(wǎng)，以防止鳥類進(jìn)入和異物跌入。

第六：風(fēng)機(jī)僅作為輔助手段。

改造前后主變室剖面圖如圖1、2所示。

圖1 改造前剖面圖

圖2 改造后剖面圖

5 結(jié)論

本次變壓器室通風(fēng)改造是針對(duì)變壓器室內(nèi)溫度及油溫過高問題，進(jìn)行的質(zhì)量控制和改進(jìn)措施，對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了系統(tǒng)、完善的分析，提出了切實(shí)有效的解決方法，并得到充分的落實(shí)和執(zhí)行，取得了良好的效果。

改造前，油溫過高，導(dǎo)致變壓器風(fēng)扇頻繁啟動(dòng)，變壓器損耗過大，并有跳閘的危險(xiǎn)。改造后，通風(fēng)的設(shè)計(jì)得以優(yōu)化，室內(nèi)溫度及變壓器油溫明顯降低，既降低了損耗，也減少了檢修次數(shù)，并提高了工作效率，保證了安全供電。

［1］中華人民共和國(guó)公安部 、中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì).火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GB50229-2006［S］.2006.

［2］國(guó)家電網(wǎng)公司.110kV變電站通用設(shè)計(jì)規(guī)范Q/GDW203-2008［S］.2009.

［3］中華人民共和國(guó)公安部.建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 GB50016-2006［S］.2006.

［4］中華人民共和國(guó)能源部.35-110 KV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范GB50059-1992［S］.1993.

［5］孫一堅(jiān).工業(yè)通風(fēng)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1994.

［6］高明遠(yuǎn)，杜一民.建筑設(shè)備工程［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1979.

［7］水利電力部西北設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：水利電力出版社，1989.