邵志奇1 叶键民2 王晓欢1
（1.深圳供电局有限公司 深圳 518033；
2.深圳供电规划设计院有限公司 深圳 518054）
摘要：地下变电站中大量散发热量的设备，主要是主变压器与电抗器。目前，电力系统中绝大部分主变压器与电抗器的本体循环侧为油循环系统，冷却循环侧通常为油冷却系统，极少数为水冷却系统。由于设备本体循环侧冷却方式基本相同，均为油循环系统，因此本文着重研究冷却循环侧，文章通过对油冷系统、水冷系统进行对比分析，总结循环冷却系统的特点。
关键词：循环冷却系统；主变；地下站
随着国民经济和城市建设飞速发展，越来越多的变电站进入了中心城区，许多变电站进入了繁华的金融、商业、行政、居住中心。尤其地下变电站作为国内设计最为复杂的变电站，其电气设备运行散热量巨大，部分主要设备依靠通风的方式散热不近现实。一般来说，地下变电站，其主变压器、电抗器设备均采用了油-水冷却的间接冷却系统。该系统承担了主变压器、电抗器绝大部分的设备运行余热，对设备的运行十分有利。
本文对针对地下变电站主要设备冷却系统方面进行了详细介绍，并对循环冷却系统进行对比、分析，从运维便利、节省造价以及环保性能等方面对设备冷却系统各方面提出了设计优化措施。
1.油-油冷却系统分析
油-油冷却系统是常规系统，通过油泵在变压器本体及散热器之间做封闭循环。油泵将设备本体内的高温油送至地面散热器，散热器通过热辐射、对流等方式将热量散发至大气，高温油被冷却，油温降低，低温油再回到主设备，达到主设备散热冷却的目的。根据冷却原理的不同，散热器分为两种：自冷散热器与风冷散热器。
从运行角度而言，油-油冷却系统是目前应用最普遍的冷却循环系统，具有长期稳定运行的经验。并且，一旦油-油交换器破裂，由于全系统的循环介质相同，均为导热油，因此不发生循环介质污染，仅作必要的导热油补充即可，不必清洗、更换。
从规划协调的角度而言，地下变电站如冷却侧若采用油冷系统，变压器一般都采用分体式，即主变压器与散热器分开设置，主变本体与散热器为“一对一”运行，散热器通常设置在地面，本体置于地下。由于必须采用“一对一”的运行方式，布置于地面的冷却侧设备（散热器）数量较多，与景观、规划协调难度较大。特别是自冷散热器，占地面积尤为显著。若将散热器也布置于地下层，地下变电站的通风量将非常巨大，通风管道所占空间亦增加很多，同时地下变电站进、排风井的体量也会非常庞大，导致与地面建筑的结合难度加大，增加地下变电站的工程投资。
从环境与安全角度而言，位于城市规划要求较高区域的地下变电站，噪声是重点控制对象。其中，风冷散热器运行噪声较大，其循环系统与地面建筑结合时存在油管路穿越地面建筑的问题，在发生变压器油路火灾时将直接影响非居建筑的安全，存在消防安全隐患。自冷散热器运行噪声低，亦无消防安全问题，符合与地面建筑结合建设的要求。
从建设运行费用角度而言，自冷散热器较风冷散热器的设备投资高，但运行时仅油泵耗电，风冷散热器还需维持多台散热风机的运转，因此自冷散热方式运行费用相对低廉。
2.油-水冷却系统分析
油-水冷却系统是在主设备和散热设备（如冷却塔）之间设置油-水交换器，油侧的热量通过油-水交换器交换至水侧，油温降低，水温升高，水泵将高温水送至地面冷却塔，经过冷却塔冷却的低温水再回到油-水交换器。油被低温水冷却后回到主设备，吸收设备运行产生的热量，达到主设备散热降温的目的。
从运行角度而言，油-水冷却系统应用较少，上海500kV静安地下变电站、220kV人民广场地下变电站、220kV即墨地下变电站为油-水冷却系统；北京的4座220kV地下变电站严格来讲虽属于油-水冷却系统，但其冷却侧采用的冷却设备是数台小型散热器（附带风机），闭式循环，其设计原理与运行方式与上海的500kV虹杨变电站完全不同。对于油-水冷却系统，因水的黏滞度底，流动性大于油，比热容也大于油，在同样流量下，水比油换热效率高。但如果发生交换器破裂等设备破损性故障，会导致循环介质污染。
从规划协调的角度而言，由于换热效率较高，冷却量一定的情况下，油-水冷却系统的冷却塔的占地面积较小，尤其可采用湿式运行模式的冷却塔，因有潜热交换冷却塔的体积更小，远小于油-油冷却系统的散热器，便于布置。而且，冷却塔与散热器不同，可采用母管连接，各台冷却塔可以互为备用，不必与设备本体“一对一”运行，减少了设备数量，易于景观规划协调。
从环境与安全角度而言，冷却塔附带离心（轴流）风机，运行时会产生噪声，需要处理。油冷散热器大都依靠辐射散热，基本不产生噪声，环境适应性较优。但冷却塔以水为循环介质，不存在消防安全隐患，对大型变电站而言，往往成为确定选择的决定性因素。
从建设运行费用角度而言，由于油-水冷却系统换热效率较高，设备体积小，理论上制造成本低于油冷散热器，设备投资较低。油-水冷却系统的运行还包括相应的循环水泵、离心（轴流）风机、喷淋循环泵等用电设备及水处理设备，整体运行费用高于油冷系统。
3.油-油、油-水冷却系统对比
根据以上对两种不同冷却系统的分析可知，从不同角度来看，两种系统各有利弊。在工程实践中，应结合实际情况加以分析，做出合理选择。现将两种系统的对比结果归纳列表如下：
运行费用较高
4.结束语
综上，通过油-油冷却系统和油-水冷系统的比较可知，油-油冷却系统虽然具有运行稳定可靠，运行噪声低，运行费用低的优势，但消防上有隐患，且不利于地面上的景观规划协调，所以不适合的地下站项目，尤其是与地面建筑、景观相结合的地下变电站项目。因此，在地下变电站主变压器采用油-水冷却系统是可行和合适的。
论文作者:邵志奇1,叶键民2,王晓欢1
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/15
标签：变电站论文; 散热器论文; 系统论文; 水冷论文; 设备论文; 冷却塔论文; 地下论文; 《河南电力》2018年19期论文;