電氣設備如何高溫散熱?送你幾種發熱量計算公式

近日來，全國是持續高溫狀態下，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備散熱的計算公式。希望對大家有所幫助！

發電機組的散熱量主要來自於兩個方面，一是發電機組的蓋板傳熱和機殼圍護結構傳熱，另一是發電機組的冷卻循環風的漏風所帶來的熱量。

大、中型發電機組的冷卻方式通常採用封閉式空氣自循環冷卻方式，發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。根據實測的數據，定子排出的空氣溫度一般不超過65℃，而進入轉子的空氣溫度一般不低於5℃。

發電機機殼的散熱量可以按下式計算：

發電機的漏風散熱量可以按下式計算：

根據發電機組內部的冷卻風溫和發電機的表面積，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，隨著機械製造技術的不斷提高，特別是空氣冷卻器的效率的提高，發電機組的冷卻循環風量各個廠商有較大區別。例如按機電設計手冊計算，30萬KW機組的冷卻循環風量約為200m3/h，但多數國際廠商提供的冷卻風量約為120m3/h，這就給計算結果產生較大的出入。機組的冷卻風量不僅和機組的容量有關，而且和機組的水頭、轉速、尺寸有關。一般情況下，冷卻風溫越低，發電機的線圈溫度也越低，發電機的效率就越高，但是冷卻風溫受冷卻器的布置尺寸影響，冷卻器大，機組的製造難度相對增大，經濟性下降，冷卻風溫不可能無限降低，機組製造廠設計時考慮一個經濟區域，達到機組的最大性價比。因此，在實際的設計計算中，應由發電機廠商提供冷卻循環風量參數對漏風熱量加以核算。

變壓器散熱散熱主要指變壓器內部的能量損耗，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，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、風冷和乾式變壓器的損耗，全部散發到周圍空氣中，而水冷變壓器的損耗則大部份由水冷卻系統帶走，一小部份由於油溫高於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，布置於廠房內部或地下的主變多採用庫水冷卻的主變，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，多採用風冷或乾式變壓器。

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，由於庫容較小，冷卻水溫受季節的影響較大，應按正常運行時，可能產生的最高水溫核算變壓器的散熱量。

在電站中，發電機和變壓器之間的連接多用自冷卻式封閉母線。母線的發熱量包括母線的功率損耗發熱和外殼感應散熱兩部分。

由於主線的兩端分別分別連接發電機和變壓器設備，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備和環境的影響，並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，然後通過外殼殼體傳入環境。而外殼感應散熱則直接傳入環境。

母線功率損耗引起的散熱量可以按下式計算：

母線外殼感應散熱量可以按下式計算：

以下是某電站的母線參數：

表1 母線參數

序號

基本參數

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，和母線製造商提供的母相散熱損耗600 W/m基本相近。

母線的發熱損耗和母線的材質、製造技術、焊接工藝水平關係較大。材質越好，母線接頭的焊接工藝水平越高，其直流電阻就越小，發熱損耗也就越小。

另外，在水電站廠房內敷設了各種電壓等級的動力、照明、控制電纜，在運行中會散發出一定的熱量，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，低壓動力電纜發熱量較大，電氣設計手冊上，對電纜損耗大於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的發熱量約為25W/m，3×150mm的發熱量約為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、電纜廊道應核算電纜的發熱量，其他部位的電纜發熱可以忽略不計。

電抗器用於較大容量的配電裝置中，起到限制短路電流的作用，也可以用於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)，根據額定電流、額定電抗和型號確定。

電抗器是由繞組組成的，發熱特性是熱容量和發熱量較大，達到穩定發熱量需要一段時間。如果是長期運行的電抗器，其發熱量是穩定的，如果是間歇運行的電抗器，應按運行時間和電抗器的發熱特性曲線確定發熱量。

高壓配電盤櫃的散熱量可以按下式計算：

高壓開關櫃分為進線開關櫃和饋電開關櫃，一般說來進線開關櫃的發熱量要比饋電開關櫃的發熱量大。

低壓配電盤櫃的散熱量可以按下式計算：

由於電站內各種盤櫃的用途不同，盤櫃的工作電流不同，一般說來，工作電流越大，盤櫃內的電器元件發熱量也越大。對於集中布置的配電盤櫃儘可能由設備製造商提供發熱量較為準確。

特別的，對於重要的配電盤櫃，由於製造商對盤櫃內的電氣元件的保護，防止運行溼度過大，絕緣性能的下降，在盤櫃內本身另設有電加熱器。一般每隻盤櫃在0.3～0.5Kw左右，集中布置的繼電保護室等應加以考慮。

在高壓盤櫃中，勵磁櫃的發熱量較大。根據某電站外商提供的發熱資料：

表2 勵磁櫃的發熱量

序號

名 稱

發熱量

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

由於勵磁系統關係到機組的安全啟動和運行，對於集中或封閉布置的勵磁碟櫃應較為準確地核算其發熱量。

SFC稱為靜態變頻啟動裝置，主要用於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、功率櫃和直流電抗器組成。

某個單機容量30萬千瓦的抽水蓄能電站，根據外商提供的SFC裝置各設備的容量如下：

表3 SFC裝置的容量

序號

設備名稱

運行時

停止時

1

輸入電抗器

27Kw

3Kw

2

輸出電抗器

63Kw

0

3

濾波器

83Kw

28Kw

4

功率櫃

15Kw

6Kw

5

直流電抗器

200Kw

0

6

合計

388Kw

37Kw

我們可以看出，如果按照滿負荷計算，SFC裝置的熱量高達388Kw。按照一些已運行的抽水蓄能電站的實際運行分析統計，一臺機組的啟動，從靜止拖動到併網時間僅需240秒，六臺機組的啟動時間約為25分鐘。根據外商提供的SFC裝置運行特性曲線，輸入電抗器、輸出電抗器和直流電抗器運行25分鐘，發熱達到額定發熱量的20%，濾波器、功率櫃發熱達到額定發熱量的70%左右。按此計算SFC裝置的發熱量約為126.6Kw，是額定發熱量的32.6%。

SFC裝置的發熱量和SFC的容量、運行時間有極為密切的關係，如果要較為準確的確定設備發熱量，應請有關製造商提供設備的運行特性曲線，然後根據設備的容量和運行時間確定。

大、中型電站隨著建築裝修景觀設計對燈光的需求，照明功率有增加的趨勢。雖然照明設備的發展，電站的照明應用從白熾燈和螢光燈向碘鎢燈和金滷燈等高亮度燈源轉變。但照明設備散熱量屬於穩定得熱，只要電壓、功率穩定，散熱量是不變化的。照明所耗電能的一部分直接轉化為熱能,此熱能以對流、傳導和向周圍散出。光能以紅外輻射方式向外輻射，但紅外輻射不能直接被空氣吸收，而是透過空氣被周圍物體吸收，爾後再給予空氣。轉化為光的那部分也是先射向周圍物體，被物體吸收後再轉化為熱能，再以對流、傳導或輻射等方式傳給空氣和其他物體。

照明發熱量為：

一般情況下，全廠的照明發熱量約為照明變壓器容量的80%左右。但隨著電站自動化程度的提高和無人值班的推廣，廠房內部的實際照明設備開啟情況變化較大，可考慮正常運行時照明的利用係數。