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！
1發(fā)電機(jī)組發(fā)熱量
發(fā)電機(jī)組的散熱量主要來自于兩個方面，一是發(fā)電機(jī)組的蓋板傳熱和機(jī)殼圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱，另一是發(fā)電機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)的漏風(fēng)所帶來的熱量。
大、中型發(fā)電機(jī)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(jī)繞組的損耗傳給冷卻空氣，空氣的熱量再通過機(jī)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(jìn)入轉(zhuǎn)子的空氣溫度一般不低于5℃。
發(fā)電機(jī)機(jī)殼的散熱量可以按下式計算：
發(fā)電機(jī)的漏風(fēng)散熱量可以按下式計算：
根據(jù)發(fā)電機(jī)組內(nèi)部的冷卻風(fēng)溫和發(fā)電機(jī)的表面積，我們不難計算機(jī)組殼體的傳熱量。但漏風(fēng)熱量的計算上卻有較大的差異，隨著機(jī)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(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量各個廠商有較大區(qū)別。例如按機(jī)電設(shè)計手冊計算，30萬KW機(jī)組的冷卻循環(huán)風(fēng)量約為200m3/h，但多數(shù)國際廠商提供的冷卻風(fēng)量約為120m3/h，這就給計算結(jié)果產(chǎn)生較大的出入。機(jī)組的冷卻風(fēng)量不僅和機(jī)組的容量有關(guān)，而且和機(jī)組的水頭、轉(zhuǎn)速、尺寸有關(guān)。一般情況下，冷卻風(fēng)溫越低，發(fā)電機(jī)的線圈溫度也越低，發(fā)電機(jī)的效率就越高，但是冷卻風(fēng)溫受冷卻器的布置尺寸影響，冷卻器大，機(jī)組的制造難度相對增大，經(jīng)濟(jì)性下降，冷卻風(fēng)溫不可能無限降低，機(jī)組制造廠設(shè)計時考慮一個經(jīng)濟(jì)區(qū)域，達(dá)到機(jī)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(jī)廠商提供冷卻循環(huán)風(fēng)量參數(shù)對漏風(fēng)熱量加以核算。
2變壓器發(fā)熱量
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(fù)荷大小而變化，而鐵損與負(fù)荷的大小無關(guān)，可以看成一定值。通常將額定負(fù)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(fēng)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(fēng)冷或干式變壓器。
風(fēng)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(yùn)行時，可能產(chǎn)生的最高水溫核算變壓器的散熱量。
3母線、電纜發(fā)熱量
在電站中，發(fā)電機(jī)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(jī)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(hù)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(dǎo)體正常溫度℃ | 87 | 50 | 74 |
5 | 外殼正常溫度℃ | 67 | 47 | 54 |
6 | 導(dǎo)體截面積(mm2) | 21375 | 3358 | 3358 |
7 | 外殼截面積(mm2) | 15944 | 8369 | 8369 |
8 | 導(dǎo)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(yùn)行中會散發(fā)出一定的熱量，如果電纜溫度過高，將導(dǎo)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(fēng)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(jī)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。
4電抗器發(fā)熱量
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(dá)到穩(wěn)定發(fā)熱量需要一段時間。如果是長期運(yùn)行的電抗器，其發(fā)熱量是穩(wěn)定的，如果是間歇運(yùn)行的電抗器，應(yīng)按運(yùn)行時間和電抗器的發(fā)熱特性曲線確定發(fā)熱量。
5高、低壓盤柜發(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(jìn)線開關(guān)柜和饋電開關(guān)柜，一般說來進(jìn)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(zhǔn)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(hù)，防止運(yùn)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(hù)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(fēng)機(jī) | 2Kw |
4 | 其它繼電器 | 2Kw |
5 | 合計 | 14Kw |
由于勵磁系統(tǒng)關(guān)系到機(jī)組的安全啟動和運(yùn)行，對于集中或封閉布置的勵磁盤柜應(yīng)較為準(zhǔn)確地核算其發(fā)熱量。
6SFC靜態(tài)變頻啟動裝置發(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(jī)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(jī)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
序號 | 設(shè)備名稱 | 運(yùn)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 | 功率柜 | 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(fù)荷計算，SFC裝置的熱量高達(dá)388Kw。按照一些已運(yùn)行的抽水蓄能電站的實際運(yùn)行分析統(tǒng)計，一臺機(jī)組的啟動，從靜止拖動到并網(wǎng)時間僅需240秒，六臺機(jī)組的啟動時間約為25分鐘。根據(jù)外商提供的SFC裝置運(yùn)行特性曲線，輸入電抗器、輸出電抗器和直流電抗器運(yùn)行25分鐘，發(fā)熱達(dá)到額定發(fā)熱量的20%，濾波器、功率柜發(fā)熱達(dá)到額定發(fā)熱量的70%左右。按此計算SFC裝置的發(fā)熱量約為126.6Kw，是額定發(fā)熱量的32.6%。
SFC裝置的發(fā)熱量和SFC的容量、運(yùn)行時間有極為密切的關(guān)系，如果要較為準(zhǔn)確的確定設(shè)備發(fā)熱量，應(yīng)請有關(guān)制造商提供設(shè)備的運(yùn)行特性曲線，然后根據(jù)設(shè)備的容量和運(yùn)行時間確定。
7照明設(shè)備發(fā)熱量
大、中型電站隨著建筑裝修景觀設(shè)計對燈光的需求，照明功率有增加的趨勢。雖然照明設(shè)備的發(fā)展，電站的照明應(yīng)用從白熾燈和熒光燈向碘鎢燈和金鹵燈等高亮度燈源轉(zhuǎn)變。但照明設(shè)備散熱量屬于穩(wěn)定得熱，只要電壓、功率穩(wěn)定，散熱量是不變化的。照明所耗電能的一部分直接轉(zhuǎn)化為熱能,此熱能以對流、傳導(dǎo)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，爾后再給予空氣。轉(zhuǎn)化為光的那部分也是先射向周圍物體，被物體吸收后再轉(zhuǎn)化為熱能，再以對流、傳導(dǎo)或輻射等方式傳給空氣和其他物體。
照明發(fā)熱量為：
一般情況下，全廠的照明發(fā)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(nèi)部的實際照明設(shè)備開啟情況變化較大，可考慮正常運(yùn)行時照明的利用系數(shù)。
