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摘要：半埋箱式变电站可充分利用箱式变电站内部空间和地下空间，节省占地面积，对于土地资源稀缺的城市尤为珍贵。由于变电站中的变压器安装在地下，相比传统箱变对变电站产品的散热要求更高。文中针对变压器单元散热进行研究，通过试验验证，提高半埋箱式变电站散热效率。

关键词：散热；变压器；变电站；半埋箱式；风冷

Abstract： Semi-buried box-type substation can make full use of the internal space and underground space of box-type substation and save the area， which is especially precious for cities with scarce land resources. Because the transformer in semi-buried box-type substation is installed underground， the heat dissipation of semi-buried box-type substation products is higher than that of traditional box transformer. In this paper， the heat dissipation of transformer unit is studied， and the heat dissipation efficiency of Semi-buried box-type substation is improved through the test verification..

Key words： heat dissipation; Transformer; Substation; Semi-buried box-type; Air cooling

0. 引言

半埋箱式变电站具有标准化设计、工厂化预制，不受建站现场组装条件的限制，可充分利用箱变内部空间和地下空间，有利于建站质量控制和建站效率提高。由于其设备结构的整体性和设计的紧凑性，通过吊装到位即可使用，节省了时间和空间，对于土地资源稀缺的城市尤为珍贵。近年来，随着新能源汽车的快速发展，电动汽车在全球范围内销量持续增长，有力带动了电动汽车充电站的发展步伐。在世界各地，电动汽车充电站纷纷涌现，对电动汽车的进一步推广普及起到了积极的推动作用。

半埋箱式变电站基本构成包括高压柜，非晶合金地埋式变压器、低压、监控系统、安全防护设施和其他配套设施等，由于结构非常紧凑、体积小，运行过程中变压器及充电机柜发热量大，特别是炎热的夏天，箱内温度将会很高，可能影响产品的正常运行。

1. 试验原理

地埋式变压器放置在地面之下的水泥底座之中，上面放置预装式变电站的箱体，在运行的过程中，由于有空载损耗和负载损耗的存在，这些损耗将全部转变为热量，一部分使变压器发热，自身温度升高，另一部分发散到周围的环境中去。热传导、热对流和热辐射是变压器在运行过程中的主要散热形式，其中，从绕组到绕组表面，热量靠热传导的形式散出，从绕组表面到油中，热量靠热对流的形式散出，从油箱外壁到空气中，热量靠热对流和热辐射这两种形式散出。油箱外壁与空气的温差最大，约占总温升的60-70%。针对地埋式变压器散热主要有两种方式，第一是安装强制排风系统：除变压器容量较小的箱变采用自然通风外，较大容量的箱变可根据变压器温升情况设计强制排放系统。该系统主要测量变压器室温或变压器油温，然后按预先设定范围，通过自动/手动控制电路，对排风扇是否需要开启进行控制。第二是设计自然通风系统：在地面箱体四个角设计进风口，通过管道将冷风引入变压器室，并将冷风压至变压器散热片下方，热风利用热升力通过变压器上方的出风口排至箱外。

2. 方案设计

为验证半埋箱式变电站中地埋式变压器快速散热的性能，本文中针对变压器的通风散热开展了三种试验：①是水泥底座中自然通风下温升试验，②是强迫温升下试验；③是风道验证试验。试验用的变压器参数如表1所示，试验中采用测水泥底座外形尺寸为长5米、宽2.3米、高1.63米，重约10吨，如图1所示。

试验过程：时间区间：19：30～08：00，变压器升温至稳定阶段，变压器室和低压室为自然通风状态；时间区间：09：00～12：00，变压器稳定运行，变压器室为强制通风，低压室为自然通风状态；时间区间：13：00～16：00，变压器稳定运行，变压器室和低压室为强制通风。

该实验测试内容包含以下几部分：（1）油顶层温度；（2）底座外环境温度；（3）底座内三个进风口、一个出风口温度，以及远离出风口的变压器室顶层温度（5个温控探头）。温控探头安装位置如图2所示。

3. 试验结果分析

3.1 水泥底座中自然通风下温升试验

首先将变压器放在开阔环境下进行测试，测试内容包括油顶层对空气温升和绕组对空气温升。通过测试，测得变压器在开阔环境下的温升数据如表2所示。

变压器冷却后，将其吊装至水泥底座内，待变压器在底座中温度稳定。连接进线电缆，对未用电缆口进行暂时密封，安装盖板和离心风机。为避免变压器过载运行会过度升高舱室内温度，使变压器接近实际运行状态（既升温时油顶层温度不超过常规温升试验中变压器稳定运行油顶层温度），待其稳定运行后进行测试。测试结果如图3所示：

由试验数据图3可知：变压器在水泥底座中的油顶层温升稳定在54.2K左右，较其在开阔环境下的39.9K，油顶层温升增加了14.3K，由此可以推断满负荷状态下，变压器绕组温升也相应增加了。

由试验数据图4可知：变压器室中进风口温度1、2、3温度最低，稳定在18℃左右；舱内顶部温度较高，稳定在25℃；而出风口温度最高，稳定在29℃。

3.2 强迫通风下温升试验

变压器稳定运行后，打开离心风机进行测试。测试的油顶层温度、底座外环境温度、底座内三个进风口、一个出风口温度，以及远离出风口的变压器室顶层温度结果如图5所示。

由试验数据图表5可知：在自然通风条件下，变压器在水泥底座中的油顶层温升稳定在54.2K左右；在8：30时刻打开风机进行强制通风散热，油顶层温度半个小时内就有显著下降，并在风机开启后4小时后温定在41K左右，较其在开阔环境下的39.9K，油顶层温升只增加了1.1K。由此，可证明强制通风散热系统达到了预期效果。

由试验数据图6可知，变压器室中进风口温度1、2、3温度最低，稳定在16℃左右；在强制通风散热情况下，舱内顶部温度与进风口温度基本一致，稳定在16℃左右；而出风口温度最高，稳定在22℃。由此，可见在强制通风情况下，变压器室温度都有降低，而舱内顶部热量在强制通风下基本无滞留。

3.3 风道验证

为验证空气介质在不同走风路径下的冷却效率，对进风口1、3进行相应密封。首先密封进风口1，待油顶层温度稳定后，记录7个温度值；然后密封进风口1和3，待油顶层温度稳定后，记录7个温度值。测试的结果如下图所示。

由试验数据图7可知：

（1）密封进风口1

在8：30前进风口1、2、3均通风，油顶层温升稳定在39.6K；在8：30时刻密封距离出风口最近的1号进风口，只利用距离出风口较远的2、3号进风口通风时，油顶层温度开始略有下降（9：00，39.2K），最后在15：00之前稳定在了39.6K。由此，证明在进风口较小条件下，如果风能更大比例地流经散热片，可以有更好的散热效果，至少是相同的散热效果。

（2）密封进风口1和3

在15：00时刻再密封距离出风口较近的3号进风口，只利用距离出风口最远并且是对角位置的2号进风口通风时（此时，进风面积/出风面积=1.26），油顶层温度开始略有上升（15：30，44.4K），最后在00：00稳定在了40.8K。由此，证明即使在通风路径最优情况下，亦应该保证进风口截面积大于1.5倍的出风口截面积的理论数值。

3.4 小结

变压器室通风散热试验结果基本实现了预期效果，包括风机强制通风效果、不同风道路径和进风口大小对散热的影响，通过上述研究试验均可提高半埋箱式变电站中变压器快速散热的效果。

4结论

半埋箱式变电站可充分利用箱式变电站内部空间和地下空间，其变压器部分安装在地下，由于结构较为紧凑、体积小，运行过程中变压器及充电机柜发热量大，容易引起设备故障。本文中对半埋箱式变电站的快速散热进行研究，通过试验论证，得到了预期的散热效果，可提升产品的运行寿命。

参考文献

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[4] 郭翔，王世忠， 赵亮亮. 预装式变电站设计及应用要点浅析[J]. 现代建筑电气， 2019（7）， 26-30.

姓名：李力，性别：男，出生年月：1966.03.02，籍贯：上海，汉族 学历：本科，职位：工程师，研究方向：电气自动化。