0引言：
10KV戶外歐式箱式變因其具有結構緊湊、體積小、布置簡單、安裝方便、外形美觀，易與城市環(huán)境協調一致等特點，在住宅小區(qū)、城市公用變、繁華鬧市、施工電源等方面得到了普遍的推廣和使用。大量的運行實踐證明，現城網已投入運行的大部分歐式箱變設備在夏季高溫高峰負荷時段內，因設備過熱被迫停電的現象尤為突出。時常導致頻繁的檢修停電，影響了城市居民生活的幸福指數和供電企業(yè)的形象及服務質量。據對淅川縣城已運行的 10臺歐式箱變運行情況調查統計;箱變故障 22次，由于夏季變壓器運行溫度過高造成的保護動作停電故障18 次，占總故障率的82%。低壓室電器接頭故障4次，占總故障率的18%。為此，積極研究探討與改進箱變內變配電設備的散熱通風裝置，對降低箱變的故障率和提高供電可靠性有著積極的意義。筆者借此拋磚引玉，并祈請識者匡正。
1.變壓器室溫高的原因分析：
采用自然通風散熱和外加輔助軸流風機強制排風是箱變運行中降低箱體內部熱量的主要手段，但據大量工程應用實例表明，上述兩種綜合方式其散熱效果均不理想。經對我縣城區(qū)所安裝的數臺箱變的現場勘查與技術分析，我們認為最主要原因是：
1.1 設備安裝運行地點環(huán)境工況較差：
供電部門根據街道、居民小區(qū)等單位的用電負荷情況，在前期規(guī)劃確定箱變設備安裝位置時，因客觀條件的限制，往往是只考慮施工和運行檢修維護方便，而將箱變安裝在街道旁邊或水泥硬化的場地。忽略了箱變安裝的最佳位置，致使
空氣對流不暢，時常造成午后箱變在較大負荷的情況下，因太陽輻射造成地面和周圍環(huán)境空氣溫度的增高，促使箱變箱體內部空間溫度升高。
1.2 箱體安裝的風機排風量與變壓器室在夏季高溫高峰負荷時所散發(fā)的熱
熱量不匹配：
國產歐式箱變在設計時，一般是按自然通風為主要方式來進行散熱的，變壓器室頂部所安裝的民用小排量排風機(功率約22瓦，最大風量125m3/h)只起輔助散熱作用。其排風量是根據夏季最熱月的平均溫度來考慮計算選取的(如河南大部分地區(qū)夏季最熱月7月平均溫度為27.3℃，變壓器允許環(huán)境溫度為45℃)。則計算時是按夏季最熱月平均溫度30℃、變壓器室內外的溫差15℃來選擇計算。未考慮箱變使用所在地夏季最熱月14時常易出現最高環(huán)境溫度35—38℃的情況，此時實際溫差約7—10℃。因計算取值的錯誤，導致計算時所取溫差數值過大，造成所選擇的風機排風量過小。由于夏季環(huán)境溫度較高和民用空調的大量使用，此時段配電變壓器是在接近滿負荷狀態(tài)下運行，變壓器本身消耗的電能(銅損和鐵損之和)是以熱量的表征形式散發(fā)在變壓器室內的空氣中，源源不斷地對變壓器室內的空氣進行加熱。因配變室頂部和底部所安裝的小排量風機不能將室內郁積的熱量迅速排出，使箱體內外的空氣沒有大量進行有效交換，造成熱量在變壓器室內大量聚集，引起箱變箱體內環(huán)境溫度不斷升高，形成惡性循環(huán)，最終將導致配電變壓器溫升超過運行極限，引起變壓器溫度保護動作，跳開高壓側斷路器或低壓總斷路器，造成供電可靠性降低。
1.3 箱變的進、出風口面積過小及設計安裝位置不合理：
1.3.1有些設備生產制造的廠家圖省事。參照歐式箱變實物進行仿制，對不同容量的箱變未做深入的技術分析和研究，只考慮如何降低生產成本，大多情況下，把小容量箱變的通風散熱結構的技術參數，在未進行正確驗算修正的情況下，就套用到較大容量的箱變上(如將315KVA箱變通風散熱技術參數用到400—500KVA的箱變)。同時，還未充分考慮歐洲和亞洲所處緯度不同所帶來的夏季最熱月環(huán)境氣候的溫度差異，導致所生產的產品散熱結構不太適應中國中南部地區(qū)夏季的環(huán)境溫度條件，而使箱變在夏季最熱月的時段內，因嚴重發(fā)熱造成供電不正常。
1.3.2進風口百葉窗裝設位置過高。百葉窗中心線距地面(含箱變基礎露出
地面部分)約1650毫米左右，進、出風口空間距離較近，造成氣流短路。同時因進、排風口面積較小，較小的進、排風口面積。必將影響進風量和排風量的冷、熱交換效果。尤其是排氣扇運轉工作時從百葉窗吸入的氣流是經過變壓器箱蓋的上部空間排出，也即繞過了變壓器整個箱體部分，致使氣流不能有效地對準變壓器熱量集中的箱體中上部，很大程度上降低了散熱性能。特別是有的廠家箱變產品，在變壓器室的底部和頂部，各設置一臺排風扇，出廠安裝接線和竣工驗收時稍不注意，即有可能把排風扇的轉向接反，造成上下兩臺排風扇同時向外排風或向內排風。再加上進、出風口面積的過小而使散熱效果大大打了折扣。
1.4 低壓室無強制通風措施：低壓室采用的是空氣自然循環(huán)的方式進行散熱，在大負荷的情況下，時常造成補償電容器組以及母線導體接頭處嚴重發(fā)熱，導致頻繁的停電檢修或元器件更換。
2.研究改進措施：
研究改進應達到的目標。根據農網10KV常用歐式箱變在夏季高溫高峰負荷的時段內，變壓器在變壓器室室內所散發(fā)的熱量，當原自然通風和機械通風不能滿足安全運行要求時，應在箱體頂部，經過一定計算，適當擴大進出風窗面積，并增設合適的數量以及排風量的軸流風機進行強制排風，使配變室內保持一定的負壓，迫使外部較涼的空氣進入。達到強制氣流交換作用的目的。改進后，不僅需滿足箱變設備在夏季高溫高峰負荷時段內安全可靠供電的要求，還需滿足周邊環(huán)境對噪聲的要求，把運行噪聲值控制在規(guī)定的范圍內。
2.1.箱變通風散熱的計算(以常用S11—315KVA箱變?yōu)槔?
2.1.1變壓器總功率損耗的計算：
配電變壓器計算參數：為計算方便，變壓器在最熱月14時按滿載運行。查銘牌技術參數，其短路損耗4.043KW;空載損耗0.515KW。
2.1.2配變室內變壓器發(fā)熱量的計算：
變壓器的總功率損耗：根據 PΣ=Pμl+pi0 (1)
PΣ=0.515+4.043=4.558KW=4558W
式中 PΣ—變壓器總功率損耗，W;
Pμl—變壓器空載功率損耗，W;
Pi0—變壓器負載率損耗，W。
根據式 ΔQ=860×PΣ (2)
則ΔQ=860×4.558=3919(千卡/時)
式中 ΔQ—變壓器散熱量,(千卡/時);
860—每1千瓦功率換算成的大卡值/時;
PΣ—變壓器總功率損耗。(KW);
2.1.3變壓器室排風量的計算：
機械通風的換氣量通過熱平衡計算求得。計算換氣量時，變壓器室內的計算溫度可采用下列數值：箱變室內按油浸式變壓器允許環(huán)境溫度tex 45 0C;溫升950C;室外溫度按河南省大部分地區(qū)最熱月7月平均溫度tin 27.3 0C 。由此可知平均溫度tav=0.5×(tin+tex)=0.5×(27.3+45)=36.15 0C。為保證夏季最熱月7月14時易出現的炎熱環(huán)境時箱變內變壓器不出現因過熱造成被迫停電，這里按14時環(huán)境溫度37 0C計算。所需風機排風量為：
式中 L—變壓器室需要的通風量，m3/h;
PΣ—變壓器總功率損耗，W;
C—空氣比熱容，取C=1.013KJ/Kg 0C;
ρav—進、排風平均密度，Kg/ m3;這里按河南省豫大部分地區(qū)夏季最熱月14時平均相對濕度45%，環(huán)境溫度37 0C，大氣壓力99.17KPa時空氣密度為1.099 Kg/ m3考慮;
Δt—進、排風溫度差0C，Δτ=tp — tj;
tj—進風溫度;
tp—排風溫度。
2.1.4 變壓器室進、出風口面積的計算：
10KV歐式箱變變壓器室的進風口是采用加裝百葉窗的防護方式，出風口是
采用箱變頂部伸出約10—25cm屋檐周邊面下網格的形式倒轉1800進行排風。為使箱變壓器室內外保持一定的溫度差，就必須使變壓器在運行中所產生的熱量和散熱所需的通風空氣量相一致，以達到熱量平衡的效果。
2.1.4.1自然散熱進、出風窗的面積計算:(仍以S11—315KVA箱變?yōu)槔?假定室外溫度為370C，箱變高度為2.2m，改進后進、出風口中心的高度差為1.35m,室內外允許溫差為80C，進出風口的面積比為1：1，進、出風窗局部阻力系數取5,空氣在370C時的密度為1.099。
確定進風窗面積:
式中 FJ、FC—進出風窗有效面積，m2;
P—變壓器全部損耗，KW;
ξ—進、出風窗局部阻力系數，一般取5;
h—進、出風窗中心高差，m;
ΔT—進、出風窗空氣的溫差，其值不大于15。
這里需要指出的是，該公式的計算結果適用于進出風口有效面積之比為1:1的情況。當因條件限制，能開進風口的有效面積不能滿足上述比例要求時，可適當加大出風窗的有效面積，使進風窗有效面積不足的部分等于出風窗有效面積增加的部分，但進、出風窗有效面積之比一般不大于1:2。
確定出風窗面積：已知：315KVA箱變箱體長a=3M，寬b =2.25 m，頂部屋檐四周伸出箱體由原0.15 m改為 0.25m,多網孔分布間隔為0.01m，每孔面積為長0.2m ×寬0.01m =0.002 m2,其可刻空數量：
式中 A—箱變屋檐伸出部分面積可刻孔數量，(個);
a—屋檐長度，m;
b—屋檐寬度，m;
Δx—屋檐刻孔兩端冗余度，m;：
a`—單孔長度，m;
b`—單孔長度，m。
單孔占用面積：S=長a×寬b=0.2×0.001=0.002 m2,
出風窗實際面積約：S=A×s=575×0.002=1.15 m2。
進、出風窗基本滿足1:1的要求。
2.1.4.2調整進風百葉窗安裝位置并加大面積尺寸。(箱體通風具體改進如
附圖所示)
為改善通風散熱效果，根據計算結果應將變壓器室和低壓室的百葉窗的安裝高度和面積作以調整，即將原百葉窗底邊距箱體底邊的距離由80 Cm調整20Cm。變壓器室百葉窗的面積由60 Cm×40Cm調整為110 Cm×75Cm，低壓室百葉窗低壓室百葉窗的面 積由60 Cm×40Cm調整為110Cm×75Cm，內設小目的不銹鋼金屬護網，為便于清洗維護，百葉窗和護網應設計成能用專用工具從箱外拆、裝的活動式。
2.1.5. 排氣扇的安裝位置，應保證排氣扇與進氣口之間的空氣對流有效途經變壓器箱體上部的熱源部分，最大限度的保證冷熱氣流的良性循環(huán)，以提高變壓器散熱的效果。安裝固定時應考慮采取加裝不銹鋼護網和防震膠墊。
2.1.6.增加變壓器室排風量。根據計算結果，配變室頂部應考慮裝設兩臺排風量在2200m3/h左右，葉片角度250，噪聲值在50db以下，功率為0.06KW，單臺
口徑310mm的工業(yè)軸流風機。以便互為備用。低壓室也應增設一臺同型號的軸流
風機。
2.1.7. 在變壓器室與低壓室之間的隔墻板靠近頂部的合適部位，建議開一
20×20公分的兩室相互通氣方孔，用面積為230×230mm，厚度為5mm的絕緣板，有規(guī)則的鉆Φ16毫米圓孔若干，然后用開孔的絕緣板將其通氣方孔封堵，以增加變壓器室與低壓室的通風機效果。
2.1.8.箱變應增設增設溫濕度傳感器和溫度控制顯示器。變壓器運行規(guī)程規(guī)定，變壓器頂層油溫，一般不得超過95℃，運行中的監(jiān)視油溫定為85℃。運行中變壓器在環(huán)境溫度40℃時，其溫升不得超過55℃。需要說明的是，溫升是指變壓器頂層油溫減去環(huán)境溫度的數值。為安全起見，增設變壓器室和低壓室室內空氣溫濕度監(jiān)控裝置。在高壓室和低壓室內的合適部位，增設溫濕度傳感器，同時在高壓室門、低壓室門背后上方合適處，裝設嵌入式數字式溫度、濕度控制顯示器，組成溫度測控、顯示裝置，當運行中的箱變的變壓器頂層油溫到達95℃時，本體測溫保護動作于高壓斷路器跳閘或低壓總斷路器跳閘。當滿負荷運行且溫度傳感器測得變壓器室溫度達到35℃及以上是時，排風機自動投入運行。當變壓器室溫度低于35℃以下時，排風扇自動停止運行。溫度控制器可選擇有溫度刻度值的，以方便用戶可根據不同情況進行不同溫度值的整定，保證變壓器的運行溫度和溫升控制在規(guī)程規(guī)定的允許范圍內。
2.1.9元件選型：
雙路溫濕度控制顯示器 ：型號CG209C (兩塊)
溫濕度傳感器： 型號WSK—CLD (兩塊)
風機參考型號： STF—3工業(yè)型風機：轉速1450/分鐘 風量2200 m3/h 全壓60.6Pa 噪音42db 功率0.06KW (三臺)
2.1.10. 合理選擇箱變設備的容量和最佳安裝位置：
2.1.10.1新裝箱變的變壓器容量應滿足近五年內其所供區(qū)域負荷增長的需要，嚴防過載運行。有條件時，應采用調容有載變壓器，以適應不同負荷狀態(tài)下的供電需要。所配出的開關設備、母線的通流容量應留有一定的余度，安裝接線質量必須滿足有關規(guī)程規(guī)定的工藝質量要求。
2.1.10.2安裝位置在滿足接近負荷中心和保證高、低壓進出線電力電纜安全
方便的前提下，箱變進氣百葉窗口應朝向夏季自然季風風向或陰涼處，盡量避開
中午12時后的太陽直射水泥地面所造成的高熱輻射影響。
3. 改進效果：
我局于2011年5月26日按照上述研究改進措施，開始對城區(qū)某臺315KVA箱變進行試點性技術改造。改造投運后，于7月15日中午13—15時的時段內在滿負荷電流條件下，經測試，通風裝置未投時與投入30分鐘后，箱變體內溫度下降對比見表1和表2。
表1箱變通風裝置不投時柜內運行參數
改進后運行效果表明，箱變運行可靠、性能穩(wěn)定，能適時實時在線監(jiān)測變壓器室和低壓室內溫度及溫升變化情況，自動控制通風裝置和防凝露裝置的啟停，減少了停電檢修維護次數，提高了供電可靠性。
結語：我局通過對農網常用箱式變的通風散熱系統所進行的研究改進和完善，達到了較為理想的效果。雖然改造使箱變的造價略有增加，但在以后的運行過程中，能減少事故發(fā)生的幾率，有效提高供電可靠性和供電服務質量，應該說還是值得的。需要指出的是，任何設備，都離不開人的運行管理和維護。運行管理單位必須制定科學的箱變現場運行維護管理制度，把箱變的機械通風裝置也納入電氣設備的巡視檢查維護項目。按照現場運行巡視檢查維護管理制度中規(guī)定的內容。定期的做好箱變的運行巡視、檢查、試驗和維護，尤其是在高溫天氣以及高峰負荷時，應增加巡視檢查次數。對存在的問題，及時做好設備缺陷的記錄和消除。真正把箱變的安全運行管理落到實處。同時，也希望箱變的設計、制造廠家，研制開發(fā)出性能更為優(yōu)越可靠的產品，以滿足全社會對供電可靠性越來越高的要求。
參考文獻：
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