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配電站智能化節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)

文檔作者：張弛傅曉飛黃玉姜蕓陳筱平等文檔來源： 1．國網(wǎng)上海市電力公司 2．國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司3．上海神潔環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月23日
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472 電力與能源 第35卷第4期
2014年8月
配電站智能化節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)
張 弛 ，傅曉飛 ，黃 玉 ，姜 蕓 ，陳筱平 ，
韓浩江。，王乃盾。，許 敏。，張思平。
(1．國網(wǎng)上海市電力公司，上海200122；2．國網(wǎng)上海市電力公司市北供電公司，上海 200072；
3．上海神潔環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司，上海201100)
摘 要：配電站內(nèi)變壓器等設(shè)備在運(yùn)行過程中會導(dǎo)致配電房內(nèi)氣溫上升。通過仿真模擬配電房內(nèi)溫度場的變
化情況，研究了降低配電站室內(nèi)溫度的方案，研制了改善通風(fēng)、散熱的熱交換設(shè)備，開發(fā)了防止太陽照射的實(shí)
用型設(shè)備、微正壓通風(fēng)過濾裝置與太陽能板發(fā)電系統(tǒng)配套的節(jié)能設(shè)備，以及變配電站安裝防火保溫材料和雨
水收集除塵系統(tǒng)，形成了配電站的智能化節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)，不僅可以降低配電站出現(xiàn)的缺陷和故障的概率，還有
利于配電站實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。
關(guān)鍵詞：配電站；仿真模擬；溫度場；通風(fēng)散熱；防火保溫材料
中圖分類號：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095—1256(2014)04—0472—03
Intelligent Energy—-saving Ventilation System of Sub·。station
Zhang Chi ，F(xiàn)u Xiaofei ，Huang Yu ，Jiang Yun ，Chen Xiaoping。，
Han Haojiang ，Wang Naidun ，Xu Min。，Zhang Siping。
(1．Shanghai Municipal Electric Power Company，Shanghai 200122，China；
2．Shibei Electric Power Supply Company，SMEPC，Shanghai 200072，China；
3．Shanghai Shenjie Environmental Protection Technology Development Co．，Ltd．，Shanghai 201 100，China)
Abstract：Distribution substation transformer equipment in operation process will cause temperature rise within
the transformer room．Through simulation the change of temperature field within the transformer room，study
the feasibility of reducing sub—station indoor temperature，is developed tO improve the ventilation and heat dis—
sipation of heat exchange equipment，developed tO prevent the sun’S practical equipment，micro positive pres—
sure ventilation filter unit and the energy-saving equipment form a complete set of solar power generation sys—
tem ，formed the sub—station intelligent energy-saving ventilation system ，not only can reduce the probability of
the defects and faults of distribution substation，and favors the sub—station tO achieve energy conservation and
emissions reduction．
Key words：Sub—station；sim ulation；Temperature field；Ventilation cooling；Fire insulation materials
0 引言
隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展，配電站應(yīng)用
不斷增多。配電站內(nèi)變壓器等設(shè)備在運(yùn)行過程中
會導(dǎo)致配電房內(nèi)氣溫上升，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時，
會引起變壓器損耗增加、運(yùn)行效率下降。因此，配
電房內(nèi)必須維持一定的溫濕度狀態(tài)，才能保證其
中的設(shè)備能夠安全正常運(yùn)行。一般要求配電站室
內(nèi)溫度不超過4O℃。由于配電柜及變壓器發(fā)熱
量很大(一般為變壓器功率的1．26 ～1．52 )，
在夏季各主配電室氣溫上升較高，導(dǎo)致設(shè)備的穩(wěn)
定性下降，因此需要通風(fēng)降溫以保證機(jī)房內(nèi)的余
熱能夠及時排除，以避免溫度超過允許值Ⅲ 。
1 配電站常用的散熱降溫方法
通常配電站內(nèi)采用的散熱降溫措施包括：安
裝空調(diào)進(jìn)行降溫；采用排熱通風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)散熱
等 。
1)采用空調(diào)通風(fēng)降溫效果比較好，但空調(diào)開
放會消耗大量電能。
2)采用排熱通風(fēng)扇進(jìn)行通風(fēng)散熱時，由于配
電設(shè)備會受到陽光紫外線(波長為280～4()()nm)
的影響，對配電設(shè)備會造成一定損傷，減少設(shè)備的
使用壽命。同時，配電站內(nèi)的灰塵也會使設(shè)備發(fā)
張弛，等：配電站智能化節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng) 473
生缺陷和故障的概率增高。其次，在受到陽光照
射時，由于熱輻射作用，使配電站內(nèi)溫度升高，需
要更多的通風(fēng)來完成降溫工作。此外由于變壓器
本體振動及其風(fēng)冷裝置振動產(chǎn)生的噪聲，會對外
界環(huán)境造成一定的影響。
2 仿真模擬配電站內(nèi)溫度場
2．1 變配電站設(shè)備的散熱量
配電站內(nèi)設(shè)備表面溫度高于室內(nèi)環(huán)境溫度而
產(chǎn)生的設(shè)備散熱，即設(shè)備表面溫度與環(huán)境(包括設(shè)
備周圍的圍護(hù)結(jié)構(gòu)與空氣)溫度的不同所產(chǎn)生的
兩種不同散熱方式，主要包括兩個方面，一是由于
設(shè)備表面溫度與室內(nèi)物體表面溫度的差異而產(chǎn)生
的輻射傳熱(不考慮空氣中的輻射傳熱)；二是由
于設(shè)備表面溫度與室內(nèi)空氣溫度的差異所引起的
對流傳熱。。]。
2．1．1 輻射傳熱量
壁面溫度(開氏溫度)為r 、環(huán)境溫度為
時，變壓器設(shè)備的輻射換熱量為：
一s．6 7Are(( )4_( ) ) ㈩
式中：A 為輻射表面積，m ；e為表面發(fā)射率，普通鋼板表
面發(fā)射率為0．820。
2．1．2 對流傳熱量
對流傳熱量的計(jì)算公式為：
一hA (T 一Tf) (2)
式中：h一 ，為對流傳熱系數(shù)； 為對流傳熱量，w ；
N 為努塞爾數(shù)，表征流體的對流傳熱特性；z為表征長度；
為空氣熱導(dǎo)率，W ·m～ ·K～ ；A為對流傳熱面積，m 。
2．2 模擬變配電站內(nèi)溫度場
本文采用有限元法FEM 分析軟件ANSYS，
對配電房內(nèi)輻射傳熱量和對流傳熱量的計(jì)算來分
析配電房室內(nèi)溫度場，配電房室內(nèi)變壓器和高壓
開關(guān)柜在運(yùn)行時處于穩(wěn)態(tài)傳熱狀態(tài)。通過對配電
房內(nèi)輻射傳熱量和對流傳熱量的計(jì)算，確定配電
房室內(nèi)穩(wěn)定熱載荷引起的溫度、熱梯度、熱流率、
熱流密度等參數(shù)。ANSYS穩(wěn)態(tài)熱分析的基本步
驟包括建立有限元模型、施加載荷、求解和后處
理 。
以上海某配電站為例，配電房長度為20 m、
寬度為10 m、高度為3．5 m。對溫度場的計(jì)算結(jié)
果顯示在面積為20 m×10 m 的配電房內(nèi)，通風(fēng)
系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)機(jī)距地0．5 m，加過濾網(wǎng)送入室內(nèi)，
排風(fēng)機(jī)距離配電房頂部距離為0．5 m，熱源之間
距離8 m×4 m為最佳位置。
3 配電站發(fā)熱量估算
配電房內(nèi)設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的熱量，即變壓器
的總損耗P包括空載損耗P。和負(fù)載損耗P ?？?
載損耗為常數(shù)，負(fù)載損耗等于負(fù)載率(低壓側(cè)電流
I和低壓側(cè)額定電流I 之比，或高壓側(cè)電流與高
壓側(cè)額定電流之比)的平方乘以額定負(fù)載時的負(fù)
載損耗P ，即_2
P—P。+( ) P ㈦
電纜的散熱量可由載流電纜的損耗求出，損
耗功率以一年最熱季節(jié)中可能產(chǎn)生的最大損耗進(jìn)
行計(jì)算。一條n芯電纜損耗功率的表達(dá)式為：
P 一譬 (4)
式中：P，為損耗功率，W；I為一條電纜的計(jì)算負(fù)荷電流，
A；r為電纜運(yùn)行時平均溫度為50℃ 時電纜芯的電阻率
(銅芯為0．019 3 nmm。／m，鋁芯為0．031 6 l'tmm。／m)；S
為電纜芯截面，nqm 。
由式(4)可以看出，配電站的發(fā)熱量是比較大
的。配電房內(nèi)變壓器與開關(guān)柜的散熱方式主要包
括輻射換熱和對流換熱。對流換熱包括自然對流
和強(qiáng)制對流換熱。自然對流換熱主要發(fā)生在開關(guān)
設(shè)備、變壓器與風(fēng)機(jī)不接觸的表面部分散熱，對流
換熱主要發(fā)生在風(fēng)機(jī)輻射范圍內(nèi)的流體散熱。
4 對配電站的改造措施
4．1 使用微正壓通風(fēng)過濾裝置對配電房通風(fēng)降溫
選用K型、P型配電站作為試點(diǎn)進(jìn)行降溫方
式改造。在K型配電站中使用微正壓通風(fēng)過濾
裝置代替空調(diào)對配電房內(nèi)降溫，而在P型配電站
中直接使用微正壓通風(fēng)過濾裝置進(jìn)行通風(fēng)降溫，
而安裝位置可依據(jù)配電站內(nèi)溫度場分布情況進(jìn)行
選擇。
此種降溫方式是使用風(fēng)機(jī)把室外自然風(fēng)經(jīng)過
過濾裝置通到室內(nèi)，以降低室內(nèi)溫度。微正壓通
風(fēng)過濾裝置的風(fēng)機(jī)控制箱，可根據(jù)所偵測到的室
內(nèi)溫度智能改變風(fēng)速大小，以控制室內(nèi)溫度在適
當(dāng)?shù)姆秶?，從而保證室內(nèi)設(shè)備的正常安全運(yùn)行。
4．2 使用太陽能板發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)提供電能
在配電站房頂安裝太陽能板發(fā)電系統(tǒng)為風(fēng)機(jī)
提供電能，與以前使用空調(diào)降溫方式相比，節(jié)約了
474 張 弛，等：配電站智能化節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)
大量電量。例如：一般配電房內(nèi)使用的是5匹中
央空調(diào)，功率大約為12 kW。在正常運(yùn)行情況下，
一天需要電量為12 kW×24 h一288(kWh)。而
使用太陽能電池板為風(fēng)機(jī)提供電能，一天可至少
節(jié)約288kwh的電量，起到了節(jié)能效果。此太陽
能電池板具有很好的儲電功能，可保證陰天下雨
時風(fēng)機(jī)正常運(yùn)作的使用電量。
4．3 微正壓通風(fēng)過濾裝置
微正壓通風(fēng)過濾裝置使封閉母線外殼內(nèi)部，
產(chǎn)生一個略高于外部大氣壓的干燥氣壓差，迫使
外界環(huán)境中的潮氣、灰塵、鹽霧等不能侵入封閉母
線的外殼內(nèi)，而留在窗口除塵網(wǎng)上。這樣使風(fēng)機(jī)
所得到是一種潔凈干燥的風(fēng)，使得配電房內(nèi)環(huán)境
保持清潔干燥，避免灰塵等進(jìn)入配電房內(nèi)對設(shè)備
造成損害。
4．4 配電房頂安裝雨水收集器
在配電房頂安裝雨水收集器，使設(shè)計(jì)收集的
雨水流經(jīng)路線經(jīng)過窗口除塵網(wǎng)。在下雨時，雨水
收集器會接收其所在面積的雨水，使其匯集在一
起，在流經(jīng)窗口除塵網(wǎng)時，雨水沖刷除塵網(wǎng)達(dá)到清
潔作用，不僅可減少清潔人員的工作量，而且為電
力公司節(jié)省了人力成本。雨水收集器除塵流程圖
如圖1所示。
圜 里奎
圖1 雨水收集器除塵流程圖
5 開發(fā)一種防火保溫材料
針對上海變配電站的特點(diǎn)，開發(fā)了一種防火
保溫材料。
5．1 防火保溫材料性能指標(biāo)
導(dǎo)熱系數(shù)：≤O．032 w／(1TI·K)；耐酸性48 h：
無異常；耐堿性96 h：無異常；耐鹽霧500 h：無異
常；耐老化1 000 h：合格。
5．2 防火保溫材料的作用 ]
變配電站安裝此防火保溫材料后，不僅可使
配電房外墻保溫，而且可有效防止因太陽照射而
導(dǎo)致的配電房內(nèi)溫度升高。同時，防火保溫材料
對外界起到消除噪聲的作用。
6 結(jié)論
通過對配電站進(jìn)行溫度場模擬分析，形成了
配電房的智能化節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)，制定了配電房的
節(jié)能減排實(shí)施方案。
1)開發(fā)了微正壓通風(fēng)過濾裝置，可替代空調(diào)
對配電房通風(fēng)降溫，并使用太陽能電池板為其提
供電量，不僅節(jié)約了大量的電能，而且使得配電房
內(nèi)能夠保持清潔。
2)開發(fā)的防火保溫材料不僅可有效防止因
太陽照射而導(dǎo)致的配電房內(nèi)溫度升高，同時可起
到減少噪聲污染等作用。
3)配電房頂安裝雨水收集器可有效清潔窗
口除塵網(wǎng)，減少人員對配電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)清
潔的工作量，節(jié)省了人力成本。
參考文獻(xiàn)：
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收稿日期：2014 04 25
作者簡介：張 弛(1968一)，男，高級工程師，大學(xué)本科，從
事配電網(wǎng)運(yùn)行管理工作。
(責(zé)任編輯：趙艷粉)
(上接第471頁)
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PP．2356—2363，Oct．2O10．
收稿日期：2014—06—20
作者簡介：吳振浩(1986一)，男，碩士研究生，從事低壓電力
客戶用電信息采集系統(tǒng)通信技術(shù)研究。
(責(zé)任編輯：杜建軍)

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