技術(shù)｜電氣設(shè)備如何高溫散熱？送你幾種發(fā)熱量計算公式

技術(shù)｜電氣設(shè)備如何高溫散熱？送你幾種發(fā)熱量計算
公式
2016-07-30
近日來，全國是持續(xù)高溫狀態(tài)下，相信有很多電力朋友或多或少會遇到一些
高溫故障問題，小編特意就找到了幾個設(shè)備散熱的計算公式。希望對大家有所幫
助！
發(fā)電機組的散熱量主要來自于兩個方面，一是發(fā)電機組的蓋板傳熱和機殼圍
護結(jié)構(gòu)傳熱，另一是發(fā)電機組的冷卻循環(huán)風的漏風所帶來的熱量。
大、中型發(fā)電機組的冷卻方式通常采用封閉式空氣自循環(huán)冷卻方式，發(fā)電機
繞組的損耗傳給冷卻空氣，空氣的熱量再通過機組水冷卻器由冷卻水帶走。根據(jù)
實測的數(shù)據(jù)，定子排出的空氣溫度一般不超過65℃，而進入轉(zhuǎn)子的空氣溫度一
般不低于5℃。
發(fā)電機機殼的散熱量可以按下式計算：發(fā)電機的漏風散熱量可以按下式計算：
根據(jù)發(fā)電機組內(nèi)部的冷卻風溫和發(fā)電機的表面積，我們不難計算機組殼體的
傳熱量。但漏風熱量的計算上卻有較大的差異，隨著機械制造技術(shù)的不斷提高，
特別是空氣冷卻器的效率的提高，發(fā)電機組的冷卻循環(huán)風量各個廠商有較大區(qū)別。
例如按機電設(shè)計手冊計算，30萬KW機組的冷卻循環(huán)風量約為200m3/h，但多數(shù)國
際廠商提供的冷卻風量約為120m3/h，這就給計算結(jié)果產(chǎn)生較大的出入。機組的
冷卻風量不僅和機組的容量有關(guān)，而且和機組的水頭、轉(zhuǎn)速、尺寸有關(guān)。一般情
況下，冷卻風溫越低，發(fā)電機的線圈溫度也越低，發(fā)電機的效率就越高，但是冷
卻風溫受冷卻器的布置尺寸影響，冷卻器大，機組的制造難度相對增大，經(jīng)濟性
下降，冷卻風溫不可能無限降低，機組制造廠設(shè)計時考慮一個經(jīng)濟區(qū)域，達到機
組的最大性價比。因此，在實際的設(shè)計計算中，應(yīng)由發(fā)電機廠商提供冷卻循環(huán)風
量參數(shù)對漏風熱量加以核算。
變壓器散熱散熱主要指變壓器內(nèi)部的能量損耗，由銅損（電阻損耗）和鐵損
（鐵磁損耗）兩部分組成，其中銅損是隨負荷大小而變化，而鐵損與負荷的大小
無關(guān)，可以看成一定值。通常將額定負荷時的銅損定為短路損耗，額定電壓下的
鐵損定為空載損耗。自冷、風冷和干式變壓器的損耗，全部散發(fā)到周圍空氣中，而水冷變壓器的
損耗則大部份由水冷卻系統(tǒng)帶走，一小部份由于油溫高于周圍空氣溫度而將熱量
散入空氣中。
一般情況下，封閉廠房、地下廠房和抽水蓄能電站，布置于廠房內(nèi)部或地下
的主變多采用庫水冷卻的主變，而電站中的其他變壓器還有廠用變、照明變、事
故變、勵磁變等，多采用風冷或干式變壓器。
風冷變壓器的散熱量，簡單地可以按下式計算：
水冷變壓器的散熱量可以按下式計算：
電站的水冷卻主變，受到冷卻水溫和水冷卻器效率的影響較大，特別是抽水
蓄能電站，由于庫容較小，冷卻水溫受季節(jié)的影響較大，應(yīng)按正常運行時，可能
產(chǎn)生的最高水溫核算變壓器的散熱量。在電站中，發(fā)電機和變壓器之間的連接多用自冷卻式封閉母線。母線的發(fā)熱
量包括母線的功率損耗發(fā)熱和外殼感應(yīng)散熱兩部分。
由于主線的兩端分別分別連接發(fā)電機和變壓器設(shè)備，實際上母線與外殼之間
的空氣是封閉的，外殼起到一個保護和屏蔽電磁波的作用，以減少母線電磁場對
周圍電氣設(shè)備和環(huán)境的影響，并沒有減小母線的散熱。母線的功率損耗散熱傳給
母線和外殼間的空氣，然后通過外殼殼體傳入環(huán)境。而外殼感應(yīng)散熱則直接傳入
環(huán)境。
母線功率損耗引起的散熱量可以按下式計算：
母線外殼感應(yīng)散熱量可以按下式計算：以下是某電站的母線參數(shù)：
表1 母線參數(shù)
序號 基本參數(shù) 主母線 分支母線 啟動母線
1 額定電壓( KV) 18 18 18
2 工作電壓(KV) 19.8 19.8 19.8
3 額定電流(A) 13000 250 3000
4 導體正常溫度℃ 87 50 74
5 外殼正常溫度℃ 67 47 54
6 導體截面積(mm2) 21375 3358 3358
7 外殼截面積(mm2) 15944 8369 8369
8 導體電阻μΩ/m 1.357
9 外殼電阻μΩ/m 1.879
按上面兩式計算，主母線單相的散熱量約為550W/m，和母線制造商提供的
母相散熱損耗600 W/m基本相近。
母線的發(fā)熱損耗和母線的材質(zhì)、制造技術(shù)、焊接工藝水平關(guān)系較大。材質(zhì)越
好，母線接頭的焊接工藝水平越高，其直流電阻就越小，發(fā)熱損耗也就越小。
另外，在水電站廠房內(nèi)敷設(shè)了各種電壓等級的動力、照明、控制電纜，在運
行中會散發(fā)出一定的熱量，如果電纜溫度過高，將導致電纜表面絕緣老化，電纜
的載流量下降。
在各種電纜中，低壓動力電纜發(fā)熱量較大，電氣設(shè)計手冊上，對電纜損耗大
于150W/m的有通風要求。一般的3000V以下的銅芯電纜的散熱損失較小。電纜
截面3×50mm的發(fā)熱量約為25W/m，3×150mm的發(fā)熱量約為40W/m，電壓等級越
高，散熱量越小。
因此，除在主廠房中設(shè)有大量的電纜橋架（如母線層、母線洞、水輪機層等）
和專門的電纜層、電纜廊道應(yīng)核算電纜的發(fā)熱量，其他部位的電纜發(fā)熱可以忽略
不計。
電抗器用于較大容量的配電裝置中，起到限制短路電流的作用，也可以用于
整流裝置中作濾波電抗器。電抗器的散熱量可以按下式計算：
電抗器在額定功率下的功率損耗(Kw)，根據(jù)額定電流、額定電抗和型號確定。
電抗器是由繞組組成的，發(fā)熱特性是熱容量和發(fā)熱量較大，達到穩(wěn)定發(fā)熱量
需要一段時間。如果是長期運行的電抗器，其發(fā)熱量是穩(wěn)定的，如果是間歇運行
的電抗器，應(yīng)按運行時間和電抗器的發(fā)熱特性曲線確定發(fā)熱量。
高壓配電盤柜的散熱量可以按下式計算：
高壓開關(guān)柜分為進線開關(guān)柜和饋電開關(guān)柜，一般說來進線開關(guān)柜的發(fā)熱量要
比饋電開關(guān)柜的發(fā)熱量大。低壓配電盤柜的散熱量可以按下式計算：
由于電站內(nèi)各種盤柜的用途不同，盤柜的工作電流不同，一般說來，工作電
流越大，盤柜內(nèi)的電器元件發(fā)熱量也越大。對于集中布置的配電盤柜盡可能由設(shè)
備制造商提供發(fā)熱量較為準確。
特別的，對于重要的配電盤柜，由于制造商對盤柜內(nèi)的電氣元件的保護，防
止運行濕度過大，絕緣性能的下降，在盤柜內(nèi)本身另設(shè)有電加熱器。一般每只盤
柜在0.3～0.5Kw左右，集中布置的繼電保護室等應(yīng)加以考慮。
在高壓盤柜中，勵磁柜的發(fā)熱量較大。根據(jù)某電站外商提供的發(fā)熱資料：
表2 勵磁柜的發(fā)熱量
序號 名 稱 發(fā)熱量
1 整流閘管 8Kw
2 母線組 2Kw
3 散熱風機 2Kw
4 其它繼電器 2Kw
5 合計 14Kw
由于勵磁系統(tǒng)關(guān)系到機組的安全啟動和運行，對于集中或封閉布置的勵磁盤
柜應(yīng)較為準確地核算其發(fā)熱量。
SFC稱為靜態(tài)變頻啟動裝置，主要用于抽水蓄能電站的機組抽水工況的啟動。
它由輸入電抗器、輸出電抗器、濾波器、功率柜和直流電抗器組成。
某個單機容量30萬千瓦的抽水蓄能電站，根據(jù)外商提供的SFC裝置各設(shè)備
的容量如下：表3 SFC裝置的容量