李秀璋
（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司 陕西西安 710054）
摘要：本文从变压器对环境需求、变压器损耗及散热、通风排热风量计算、通风方式选择等多方面对主变压器通风排热进行分析研究，提出适合不同主变压器布置形式的通风方式，为变电站主变压器通风排热系统设计提供参考。
关键词：变电站；变压器；自然通风；机械通风；余热余湿；压差；噪音；消音器
引言
随着社会经济的飞速发展，用电渠道的日益增广，用电负荷逐渐增大，越来越多的变电站需在城市中心及周边地区建设。为满足城市规划的需要与城市建筑及景观相协调，这些变电站将会采用地上室内布置，半地下布置及全地下布置。
变压器是变电站的核心设备之一，其工作正常与否直接关系到变电站正常运行与否。由于变压器存在投资高，体积、重量大，散热量大，噪音高，储油量大，火灾危险性等级高，可通风外墙体面积小，通风难度大等诸多问题，要解决好变压器通风，必须从通风设备选型、通风方式选择及布置等多方面考虑。
目前用于户内电站的油绝缘变压器主要有三种散热方式，第一种是油循环水冷技术，第二种是油循环油冷技术，第三种是油循环风冷技术。比较这三种技术而言，油－水循环或油－油循环技术均比较复杂且不安全，而油循环风冷技术比较简单有效，符合户内布置的实际需求。这种技术是直接将散热器布置在变压器本体之上，即散热器布置在地面，变压器本体布置在地下，这种类型变压器因省却油水混冷交换器及水冷系统，因而简单的多。但是因油循环上下布置液位差较大，对制造工艺、环境温度要求较高。
tin，tex—进、排风温度，℃；对于直接从户外吸风，tin取通风室外计算干球温度，从室内进风，取进风室内夏季工作地点温度；对于油浸式变压器室，tex≤45℃，对于干式变压器tex≤40℃。由于干式变压器容量有限，下面以油浸式变压器室为例来说明。
3 通风设备选择
变压器通风排热需全年进行，但由于夏季室外温度越高，生活用电负荷越大，变压器负荷率高，散热量大；由于全球气温回升，极端温度常态化，极端高温时排风换热温差减小，导致排风量增大，为满足变压器正常工作的需要，通风设备考虑多台并联，且考虑部分备用。这样不仅可以减少能耗，同时可降低通风设备噪音。
4 通风方式选择
4.1 地上布置：
可采用自然通风、机械通风、自然通风与机械通风相结合等三种通风方式。
由于变压器室进、排风温差不超过15℃，且变压器室高度一般都只有10～12米，若采用自然通风，排风热压差较小，通风效果较差，很难满足通风要求。
采用机械进风、机械排风通风效果虽好，但通风设备数量多，投资高，耗电功率大，不满足节能降耗的要求。且风机、变压器噪音叠加后更大，噪音很难控制。
故一般采用机械进风自然排风或自然进风机械排风的通风方式。
自然进风：根据负压通风，排风风机高位排除室内热空气，使室内处于负压状态，室外冷空气处于正压状态。室外冷空气经外墙下部进风百叶窗进入室内，且室内风机吸风口附近处于负压状态，相对风机吸风口，则百叶窗位置处于正压状态，故室外冷空气从百叶窗进入室内，再从风机排出；根据置换通风，冷风则依附于散热器周围，与散热器发生热交换，由于热压作用，热空气从变压器周围上升至风机并排出室外。此种通风方式投资较低，但只实用于环境噪音要求较低的区域。由于排风风机风量大，数量多，噪音高，尤其屋顶风机噪音更大，很难控制到城市区域环境噪音标准要求。如图一：
4.2 半地下布置
同地上布置，采用自然通风方式通风效果差，不能满足生产需要。
半地下布置变压器室由于新风进风较为困难，故须采用通风竖井（土建风道）、新风管道、电缆层等方可将新风送入主变压器室内。由于机械排风同样存在噪音控制难的问题，故在城市区域或噪音要求较高的区域，采用机械进风自然排也是最佳方案。同图二：
4.3 全地下布置
为满足排除设备运行散热的要求，全地下变电站通风必须设有进、排风竖井。由于散热区处于新风口、排风口下面，故必须借助机械通风方能满足通风要求。
由于变压器部分层高要求较高，故全地下变电站一般分三层（变压器部分分两层）布置，且由于变压器散热量大（以50MVA的变压器为例，其散热量一般在220～280kW），为满足整个变电站通风要求，变压器室一般采用分层独立的通风系统。
由于地下建筑物单位面积投资大，采用机械进风、机械排风每层均需设有进、排风机房，大大增大了建筑面积，且由于风管断面大，管路复杂，对层高要求较高，这样会大大增加土建投资，通风效果虽好，投资却高，能耗大，无法满足国家节能降耗的要求。采用机械进风、自然排风虽然建筑面积减小了，但由于变压器巨大的散热，导致其新风必须送至室内底部，以使新鲜空气充分经换热区换热，为不影响使用功能，水平通风干管必须布置在室内顶部，从而导致新风管路复杂，道弯头多，风机压头高，能耗大，噪音高；排风竖井与热源之间水平距离较远，热空气无法排至排风竖井。采用自然进风、机械排风，即新风经进风竖井至各层，利用走廊及百叶窗进入室内，热空气由排风机通过管道从室内上部抽出，排至排风竖井，然后排至室外，进、排风竖井内设置片式消音器，以降低电气设备及风机运行产生的噪音，达到排放标准。
5 全地下变电站通风方式调查
我们对北京、上海的全地下变电站进行了两次调研，结果表明，已投运的九个全地下变电站全采用自然进风，机械排风的通风方式。调查表明，通风效果良好，能耗较小，站外噪音均满足城市环境噪音标准的要求。
根据国家节能降耗的要求和国家电网公司节能降噪变电站的推广应用，变压器室机械进风、机械排风的通风方式将逐步被机械进风、自然排风和自然进风、机械排风的通风方式所取代。
6 结论
主变压器室通风排热方式应参照当地气象条件、电压等级、主变压器损耗、布置方式、外部条件等进行综合分析计算和设备选型。系统设置应灵活多变，系统设计应本着安全可靠、节能环保的原则进行。
参考文献：
[1]实用供热通风空调设计手册（第二版） 陆耀庆主编 2008年5月第二版
LU Yao-qing. Practical HVIC Design Manual（2rd Edition），2008，May，Second Edition.
[2]电力工程设计手册---火力发电厂供暖通风与空气调节设计2017版
Power Engineering Design Manual -- Thermal Power Plant Heating and Ventilation Design 2017 Edition
[3]工业通风设计手册 中国建筑工业出版社/1987
IndustrialVentilation Design Manual. China Architecture & Building Press.1987.
论文作者:李秀璋
论文发表刊物:《河南电力》2018年16期
论文发表时间:2019/1/22
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