变配电室的发热量估算

郑其锋

(紫金(厦门)工程设计有限公司 福建厦门 361016)

0 引言

在各类工业和民用建筑中，变配电室在供配电系统中处于核心地位。变配电室是否稳定可靠运行，直接影响着供配电系统是否能安全和经济运行。影响变配电室稳定可靠的因素很多，其中变配电室夏季温度过高，是各项目中比较普遍存在的问题。极端情况下，夏季变配电室内环境温度能达到60℃，远超过规范中规定的允许最高值40℃[1]，致命电气设备发热严重，留下严重的安全隐患。产生此问题的原因如下：

(1)设计时对电气设备的发热量估算不足，导致暖通专业在计算通风量时偏低；

(2)变配电室内送风气流路径设计不合理；

(3)变配电室内未设置除湿设备。

1 变配电室内各类用电设备的发热量分析与估算

变配电室内发热量大的设备主要有电力变压器、高低压配电柜、变频器柜，以及线缆等用电设备，维护结构负荷一般可忽略不计。但在工程设计中，往往忽略了线缆的发热部分，经实际项目的工程计算，线缆的发热量往往达到变配电室总发热量的一半。如果忽略线缆的发热量，对电气设备的发热量估算不足，将使暖通专业在计算通风量时偏低，从而导致变配电室夏季实际运行时温度过高。

某项目变配电室内安装有容量1250 kVA变压器2台，容量1600 kVA变压器2台，高压开关柜15台，低压开关柜29台，低压电容器柜总补偿容量1800 kvar，无高压电容器柜，各类电缆回路若干。

下面结合该具体项目，进行变配电室内各类用电设备的发热量分析与估算。

1.1 变压器发热量估算

电力变压器的发热量为变压器运行时的损耗，包括负载损耗和空载损耗，其中负载损耗与变压器运行时的负载率相关。根据《工业与民用供配电设计手册》(第四版)第30页[2]，对于双绕组变压器的发热量计算公式如下：

ΔPT=ΔPo+ΔPk(Sc/Sr)2

(1)

式中各符号的含义：△PT为电力变压器的有功功率损耗，kW；△Po为电力变压器的空载有功功率损耗，kW；△Pk为电力变压器的短路有功功率损耗，kW；Sc为计算负荷的视在容量，kVA；Sr为电力变压器的额定容量，kVA；其中，△Po和△Pk均可由变压器产品技术资料查得。

当电力变压器的负载率不大于85%时，其有功功率损耗可按以下计算公式粗略计算：

ΔPT=0.01Sc

(2)

该项目电力变压器选用能效等级2级、绝缘等级F级、电工钢带的10 kV干式三相双绕组无励磁调压配电变压器。变压器的发热量估算，按《电力变压器能效限定值及能效等级》(GB 20052-2020)表2规定的配电变压器能效限值，选取△Po和△Pk的参数[3]。变压器的发热量如表1所示。

表1 变压器的发热量计算表

1.2 高压开关柜、高压电容器柜及低压开关柜、低压电容器柜的发热量估算

根据《工业与民用供配电设计手册》(第四版)第156页[2]，表3.4-6，该工程案例的高压开关柜及低压开关柜的发热量如表2所示，高压电容器柜及低压电容器柜的发热量如表3所示。

沙坡滑坡：位于沟域左岸中部，平面近似“簸箕形”，斜坡坡向为280°，地形整体坡度为15°～30°，局部坡度为35°～65°；斜坡前缘高程约为805.0～840.0m，后缘高程为930.0m，前后缘相对高差约为100.0m，该滑坡体横宽度约为180m，纵长约为200m，面积约为3.6×104 m2，滑体为该滑坡平均厚度约为7.0m，体积约为25.2×104 m3，为中型土质滑坡。

表2 高压开关柜及低压开关柜的发热量计算表

表3 高压电容器柜及低压电容器柜的发热量计算表

1.3 变配电室内电缆的发热量估算

根据《工业与民用供配电设计手册》(第四版)第156页[2]，变配电室内电缆的散热量也需要考虑，由载流电缆的损耗求出。损耗功率以一年最热季节中可能存在的最大损耗进行计算。一条n芯电缆的损耗功率PR，计算公式如下：

(3)

沟道内N根电缆的损耗功率和为P，计算公式如下：

(4)

式中，Ic为一条电缆的计算负荷电流，A；ρt为电缆运行时平均温度为50℃电缆芯电阻率，Ω·mm，对于铜芯电缆，取0.0193×10-3Ω·mm；L为电缆长度，m；S为电缆芯截面，mm2;K为电流参差系数，可取0.85～0.95。

根据以上计算公式和参数，该工程案例的变配电室内电缆的散热量如表4所示。其中，表中计算电流按断路器脱扣器整定值0.9倍简化计算。

表4 变配电室内的电缆的发热量计算表

1.4 变配电室内各类用电设备的发热量合计

综上计算过程，该变配电室的各类用电设备的发热量合计如表5所示。

表5 变配电室的各类用电设备的总发热量计算表

从以上变配电室内各类用电设备的发热量分析与估算过程可以看出，变配电室内的电缆的发热量较大，不可忽略。另外，因该项目无变频器柜，没有分析变频器柜的发热量，工业项目在变配电室内安装有变频器时，变频器的发热量可从变频器产品技术资料获得。当无法获得具体参数时，可按变频设备容量的4%～4.5%计入发热量。在实际工程计算时，表1～表5可以通过公式编辑做成一系列相关联的电子表格，只要调整表格中的相关参数，便可快速估算出变配电室的总发热量。

2 变配电室的降温方式

(1)暖通专业在进行设计时，应仔细核算机械排风系统的进、排风量是否能够满足通风散热要求。当通风散热不能将室温降到满足变配电室各用电设备的正常工作环境要求时，需增设空调降温系统。

(2)变配电室内送风的气流应从发热量较小的高低压配电柜区域，流向发热量大的变压器区，再从变压器区排放至室外。

(3)当项目所在地夏季为高热高湿度地区时，变配电室内夏季湿度非常大，影响设备正常使用，宜装设除湿设备。

3 结语

本文分析探讨了如何方便快捷地进行变配电室发热量估算，给暖通专业提供一个相对准确的发热量参数，便于暖通专业根据工程实际情况采取相应的变配电室降温措施。同时，简要地提出变配电室的降温措施应注意的几点问题，供电气和暖通设计人员参考。本文未考虑维护结构负荷等对变配电室发热和降温的影响，在今后的工作中可进行相关方面的研究和总结。