箱變是將高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備、配電變壓器和低壓配電設(shè)備按照一定的連接方式集成在一起的預(yù)制緊湊型配電設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，箱變以其成套性強(qiáng)、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行安全可靠、維護(hù)方便、投資少、見(jiàn)效快、輸電周期短等特點(diǎn)，在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中得到了廣泛應(yīng)用。特別是，由于城市規(guī)劃、土地快速升值等諸多因素。，安裝方便、占地面積小的小容量箱變(1000KVA以下)成為用戶的更多選擇，箱變臨時(shí)設(shè)備的認(rèn)識(shí)發(fā)生了變化。這使得市場(chǎng)需求逐年擴(kuò)大，許多電器廠商紛紛制造，市場(chǎng)上出現(xiàn)了各種箱變。箱變較大的特點(diǎn)是:“利用標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的組合，充分滿足特定用戶的供電需求?！奔热皇蔷唧w的，就不具有普適性，需要廠家根據(jù)不同用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。電源變壓器容量、開(kāi)關(guān)電路數(shù)量、外圍環(huán)境以及每個(gè)用戶的布局都不同。由于變壓器安裝在室外箱內(nèi)，室外的曝曬以及變壓器本身產(chǎn)生的熱量能否消散以保證變壓器的正常運(yùn)行成為用戶最關(guān)心的問(wèn)題。在這里，我們將談?wù)勎夜驹谙涫阶儔浩髦圃爝^(guò)程中的一些經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)是箱變的溫升，供大家討論，共同提高我國(guó)箱變的制造水平。

　　一、溫升

　　1.溫升是箱式變壓器壽命和功率的主要限制因素

　　變壓器是箱式變壓器的主要發(fā)熱元件，在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生損耗，這些損耗都會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量。一部分熱量使變壓器本身溫度升高，另一部分輻射到周圍空氣中。變壓器的所有電磁載體都是發(fā)熱元件，鐵芯和繞組是主要發(fā)熱元件。

　　變壓器的壽命取決于其絕緣介質(zhì)的壽命。在正常運(yùn)行條件下，溫度主要影響絕緣介質(zhì)。長(zhǎng)期高溫會(huì)導(dǎo)致絕緣介質(zhì)老化，逐漸失去電阻。

　　各種絕緣介質(zhì)在一定溫度下都有一定的壽命。油浸式變壓器使用的絕緣材料主要是絕緣紙和紙板，設(shè)計(jì)壽命一般為20年。通過(guò)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為20年壽命對(duì)應(yīng)的絕緣介質(zhì)最長(zhǎng)允許溫度約為98℃。也就是說(shuō)，油浸式變壓器中的絕緣介質(zhì)在98℃的作用下可以連續(xù)運(yùn)行二十年。

　　變壓器各部分溫度不同。在額定條件下運(yùn)行時(shí)，各部分的溫度不應(yīng)超過(guò)絕緣材料允許的工作溫度。因此，GB1094標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定油浸式變壓器的正常使用條件是:

　　海平面不超過(guò)1000米，氣溫+40℃，最熱月份平均氣溫+30℃，年平均氣溫+20℃等。變壓器在連續(xù)額定容量穩(wěn)態(tài)下的溫升極限如下:頂油溫上升55K(未全密封)，平均繞組溫度上升65K。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的溫升極限是以變壓器周圍空氣的年平均溫度20℃為基準(zhǔn)，即頂油溫和繞組平均溫度與年平均空氣溫度20℃之差。變壓器重要的絕緣是繞組絕緣。一般認(rèn)為繞組最熱溫度與平均溫度相差13K，因此繞組平均溫升極限為98-20-13=65K。

　　變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)、熱輻射和對(duì)流散失。從繞組到繞組表面，熱量以熱傳導(dǎo)的形式散失;從繞組表面到油，通過(guò)對(duì)流擴(kuò)散;從油箱外壁到空氣的散熱是通過(guò)對(duì)流和輻射實(shí)現(xiàn)的。油箱外壁與空氣的溫差大，占總溫升的60%-70%。從這個(gè)角度來(lái)看，變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度非常重要。

　　目前，許多箱式變電站都安裝了干式變壓器。干式變壓器繞組溫升極限為100K，最熱點(diǎn)溫度與平均溫度之差為15K。干式變壓器的正常使用條件與油變壓器相同。但干式變壓器是比油高得多的熱源，從干式變壓器到變電站內(nèi)部空間到變電站外部空間存在很大的溫度梯度。一般干式變壓器都裝有風(fēng)扇，可以在強(qiáng)制風(fēng)冷下運(yùn)行，風(fēng)扇使變壓器的溫度更快地輻射到周圍介質(zhì)中。這就要求箱式變電站有更好的通風(fēng)散熱條件。變電站內(nèi)外溫度很難保持恒定，但需要控制變電站對(duì)外界空氣的溫升，使之最小化。

　　箱式變電站安裝的變壓器也要求環(huán)境空氣年平均溫度不高于20℃。由于環(huán)境惡劣，變壓器運(yùn)行溫度升高，一方面會(huì)影響變壓器的使用壽命;另一方面，如果要保證變壓器的額定負(fù)載，繞組的DC電阻會(huì)增加，負(fù)載損耗會(huì)增加，這將進(jìn)一步提高變壓器的溫度，最終降低負(fù)載，從而降低變壓器的使用效率。以S9-630kVA為例，降低負(fù)荷，保證溫升極限。

　　2.雙層通道結(jié)構(gòu)解決了溫升問(wèn)題

　　用戶在選擇供電變壓器時(shí)，都希望滿負(fù)荷或短時(shí)過(guò)載使用。為了保證這個(gè)期望值，他們必須注意箱式變壓器外殼的自然通風(fēng)率的設(shè)計(jì)，外界的冷空氣應(yīng)與箱式變壓器內(nèi)的熱空氣形成對(duì)流，從而保證供電變壓器的繞組溫升和滿負(fù)荷或短時(shí)間過(guò)載能力。我們就是這樣解決溫升問(wèn)題的;外殼采用自然對(duì)流雙層隔熱風(fēng)道結(jié)構(gòu)(此結(jié)構(gòu)已獲zhuanli)，基本滿足供電變壓器散熱要求。在短時(shí)間過(guò)載運(yùn)行期間，我們?cè)黾恿藴囟瓤刂坪蛷?qiáng)排氣裝置，以確保電源變壓器的安全運(yùn)行。在采用這個(gè)設(shè)計(jì)方案之前，我們也走過(guò)了一段彎路。剛開(kāi)始的時(shí)候我們發(fā)現(xiàn)不可能采用單層結(jié)構(gòu)，所以采用了填充保溫材料的雙層結(jié)構(gòu)。結(jié)果一驗(yàn)證，我們就做了一個(gè)培養(yǎng)箱。之后改為頂部通風(fēng)，增加強(qiáng)制通風(fēng)。升溫的問(wèn)題解決了，但也帶來(lái)了冷凝的問(wèn)題。就這樣，經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證和上百次的改進(jìn)，最終確定了現(xiàn)在的方案。電力研究院做了多種型式試驗(yàn)，溫升遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值(見(jiàn)溫升試驗(yàn)記錄)。根據(jù)新方案生產(chǎn)的數(shù)百座箱式變電站已投入運(yùn)行，并已在經(jīng)歷了嚴(yán)冬酷暑考驗(yàn)的南北方地區(qū)投入使用。

　　3.溫升試驗(yàn)的計(jì)算

　　電力部標(biāo)準(zhǔn)DL/T537-2002和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T17467-1998《箱式變電站選型導(dǎo)則》6.2中關(guān)于溫升試驗(yàn)的說(shuō)明如下:溫升試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證箱式變電站外殼設(shè)計(jì)的正確性，即能正常運(yùn)行而不縮短站內(nèi)部件的預(yù)期壽命。試驗(yàn)時(shí)，必須測(cè)量變壓器液位和繞組的溫升(干式變壓器只測(cè)量繞組)和低壓設(shè)備的溫升。試驗(yàn)應(yīng)證明變壓器外殼內(nèi)的溫升與同一變壓器外殼外測(cè)得的溫升之差不大于外殼等級(jí)規(guī)定的值，如0級(jí)(0K)、10級(jí)(10K)、20級(jí)(20K)和30K(30K)，各等級(jí)的值計(jì)算如下:△t≤δT2-△t1(注:△t2外殼內(nèi)變壓器的溫升)