地下变电站通风空调系统设计经验分享(附视频)

subtitle 暖通设计杜老师 07-31 14:32 跟贴 2 条
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通风系统概述

地下变电站占地和空间都很紧张,而地下变电站各电气房间所需通风量较大,风管的截面积较大,同时要兼顾电缆和其他管线的布置,这就对通风系统的合理设计、安全可靠有较大的困难,如图 1 所示为广州太古 110 kV 全地下变电站走廊通风管。

地下变电站主要采用自然进风、机械排风的通风模式,同时对通风不畅的部位,辅以一定的机械送风。

(1)变压器室通风

对于耐火等级为一级的变压器室,按每台主变的通风系统应独立设计。变压器室内的通风应满足人员活动区域温度在 35~37 ℃,室温不宜超过 45 ℃。

1)主变冷却方式及通风方式

变压器室通风系统设计主要取决于变压器散热器的设置方式。因此,变压器室通风系统设计可根据变压器散热器的设置方式来划分:

①散热器与主变本体一体式置于地下,通风系统将变压器所有散热排至地上。此种设置方式通风量巨大,通风系统宜采用离心式通风机,设置独立的通风机房,通风机房及进排风风道占地面积大。

②散热器置于地面,通风系统只需排出变压器本体散发的小部分余热。此种方式的通风量小,一般采用轴流风机即可,同时可有效地控制噪声的排放。

2)变压器室通风量计算

变压器的散热量由其损耗决定。其散热量计算可采用下式计算:

式中:Q 为变压器散热量, W;Pul 为变压器的空载损耗,;Plo 为变压器的负载损耗, W。

变压器式通风量 L 可按以下公式计算:

式中:L 为变压器式通风量, m3/h;c 为空气比热容,取=1.01kJ/(kg·℃);ρav 为进排风平均密度, kg/m3;Δt 为进排风温度差, ℃, Δt 不应超过 15℃;tin, tex 为进、排风温度, tin 可取当地通风室外计算温度, tex 宜≤45 ℃。Q' 为变压器余热量, W。

变压器室余热量 Q'由变压器的散热器的位置决定。当变压器本体与散热器同置于地下变压器室时,

Q'=Q, Q 由式(1)计算所得。当变压器本体与散热器分开,且散热器直接将热量排至室外(或由水冷却装置排至室外)时,变压器室余热量 Q' 仅由其本体散发出来,这部份热量较小,因此变压器室的通风量大大减小,设备运行对通风系统的依赖性减弱。

3)变压器室通风问题分析

据对某地区变电站的故障统计,在变器发生的79次故障中,由于变压器温度过高造成的故障占总故障数的 67%。

变压器室通风散热效果不好的原因主要有以下三点:

①变压器室通风量不足。设计未按变压器满负载运行时的损耗计算最大通风量,部分变电站进风口面积不足、变压器室未设抽风机等情况造成变压器室通风量不足。

②变压器室气流组织不合理。变压器室位于地下,室内气流组织不合理极可能造成进排风短路,直接影响着主变的散热效果。

③变压器室布局不良。变压器室过于狭小造成室内热量积聚,造成室内温度较高。

4)通风与气流组织研究

有学者对变压器室通风气流组织进行了数值模拟,结果表明:

①相对于其他布置方式,进风口均匀布置在变压器正下方的通风效果最好,而排风口在顶部中央或顶部其他位置对室内温度分布影响较小。

②在进风口位置优化的前提下,低风速时空气流过机器时流动平缓,更容易绕过边壁带走热量。但风速过低,新风前进动力不足,反而不利于热量的扩散。此,一定程度地提高进风口风速有利于提高变压器室散热效果。

③对位于变压器正下方的进风口下方加装导流片(如图 2 所示),可改变流入冷空气的路径,使其流速增加,更充分地进入散热片之间的空隙,变压器上表面的温度分布更均匀。

5)通风系统设计总结

变压器室的通风系统的设计需注意以下三方面:

①应根据变压器满负载运行时的损耗设计最大通风量。为考虑良好的通风,在有条件的情况下,地下变电站的散热器部分宜采用地上布置方式或采用水冷却方式。

②尽量减少在进排风全过程中各种阻力的损失,充分计算通风系统的总压损,保证风机足够的风压,尤其注意进风风道较长的变压器室。设计时应避免风机风压不够导致变压器室通风量不足的问题。

③进风口位于变压器散热器的正下方的方式通风效果最好,但此种布置方式较为困难,需要较大的进风地道,需与建筑结构专业紧密配合。当无法设置进风地道时,可通过机械送风将冷空气直接送至散热器下方。

(2)电抗器/电容器室通风

电抗器室、电容器室发热量较大,排风管道截面积较大,需与电气、土建专业配合,以尽可能优化利用走廊上方空间。

为使电抗器室、电容器室的气流组织合理,进风百叶风口靠侧墙下部均匀安装,同时排风管尽可能与进风口对侧布置,排风机集中布置在风机机房中,并通过排风风道将室内热量排除。

(3)GIS 室通风

GIS 室内的电气设备发热量很小,但室内设备运行中可能会产生有毒的六氟化氢气体,通风系统需单独设置。GIS 室通风系统分为平时通风和事故通风两部分,平时通风系统应按连续运行设计,其风量应按换气次数每小时不少于 4 次计算,事故排风量应按换气次数每小时不少于 6 次计算。

如图 3 为深圳 220 kV田半地下变电站的 GIS 室排风管,在室内上部和下部均设置排风口。平时通风由下部排风模式保证,事故排风量由下部排风系统和上部排风系统共同保证。IS 室可采用双速风机,平时开启低速工况通风。事故后开启高速工况通风,迅速排出室内有害气体。

目前地下变电站的 GIS 室的通风系统出现了排风不流畅、通风量不足的问题,原因是风机的设计风压不够。地下变电站的进排风管路比较复杂,在设计时应计算通风系统总压损,不应简单套用地上变电站的设计经验。

防排烟系统

地下变电站主要电气设备均位于地下,且有工作人员巡视,因此防排烟系统除了考虑设备房间事故后排烟还必须考虑人员的疏散问题。主要包括了以下内容。

消防楼梯间应设计机械加压送风系统,同时消防楼梯间入口处应增设防烟前室。走廊、人员较多的控制室等应设置排烟系统,发生火灾时自动开启排烟系统排烟,为工作人员提供逃生条件。

电气设备房间平时通风系统可兼做排烟系统,通风机均采用排烟风机,发生火灾时关闭通风系统。火灾后能开启排烟系统快速排除室内烟气。地下变电站的各设备间的进风百叶风口均设置防火阀,平时防火阀开启用于通风。火灾时通过消防联动控制系统关闭火灾地点防火分区内的所有防火阀,阻止火势蔓延。

所有排烟风机和电动启闭的防火阀和防火排烟阀均能在消防中心和就地手动控制。

地面风亭设计

地下变电站进排风口是通风系统地上部分与地下部分连通的重要设施。一般将自然进风口与吊物孔合用,以减少占地面积。由于地下变电站还未普及,地下变电站的风亭设计没有明确的设计规范,因此在设计时缺乏依据。通过调研既有地下变电站工程,同时参考《地铁设计规范(GB50157-2013)》,风亭设计宜满足以下要求。

①单建的地下变电站风亭应与其他建筑保持一定的距离(不应小于 5 m),变电站进风风亭应建在空气比较干净之处。当风亭在路边时,风亭排风高度不应小于 2 m,当周围有绿化等措施时,可降低其高度,但应满足防淹的要求(不应低于 1 m) 。

②风亭开口处应有安全防护装置,必要时可采取滤尘措施,同时风井底部应有排水设施。风亭顶部可采用透光顶棚,在一定程度上解决地下变电站自然采光不足的问题。

③风亭进出风格栅迎风面风速不应大于 4 m/s,应注意防止站内噪声的排放,满足《声环境质量标准(GB 3096-2008)》的规定。

空调系统

通过对北京、上海以及日本神户东京等地下变电站的调研,地下变电站空调系统可根据工程实际情况采用以下三种形式:

①建设在市区的地下变电站,有时会建设有办公楼或其他用途的房间,此时地下变电站附有较多的其他功能房间,宜采用多联机空调系统,可以满足灵活控制和节能的要求。

②独立建设的地下变电站,以设备房间为主。设备房间采用单元式空调机,办公房间采用普通分体空调机,单元式空调机有着冷量大,配管灵活,使用寿命长等优点,适宜于地下变电站电气设备房间长时间开启空调的要求,降低空调的故障率和更换率。

③地下变电站与城市大楼合建时,当大楼设计有空调系统时,变电站空调系统可与大楼空调系统合用。空调系统的设计应根据工程特点灵活设计。

需要特别注意的是,地下变电站地下空间相对湿度比较大,需要加强对湿度的控制,可根据现场情况设置独立工业除湿机。

结论与建议

目前地下变电站普遍存在的问题是风量不够,散热效果不好。有几个方面的原因:设计风量不够,未按设备满负荷运行散热计算最大排风量。进风口未设过滤器以及通风设备长期维护不够导致积灰严重,压损增大,通风量减小。

相比于全地下变电站,应优先考虑建设半地下变电站。主变散热对通风系统的影响比较大,尽可能将散热器和主变本体分开布置,同时将散热器布置在地上部分,散热器室采用自然通风散热,减少能耗。

地下变电站电缆间、电抗器室、变压器室等房间可采用智能化的温控系统,利用室内温度控制风机启停,避免风机长期不间断运行,以节约能源。

地下变电站应充分考虑通风机和通风口的噪声对周围居民的影响,必要时加装隔音降噪装置。

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