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【摘 要】220kV主变压器作为变电站内最为核心的设备，其型式选择直接影响变电站整体的接线及布置方案，对于保证变电站的安全、可靠、经济运行具有重要意义。为了解决市区户内变电站主变压器的噪声、散热等问题，本文针对主变压器的布置方案进行了研究，提出了一种新的在主变分体错层布置基础上的分散布置形式，选用240MVA自冷变压器，完美解决城市中心变噪声污染和散热这两个矛盾的问题。引言：变压器是电力系统中非常重要的一次设备，它的可靠性与经济性直接关系着整个电力系统的稳定和经济运行。随着我国电网向特高压、超高压迈进，500kV主干电网日益完善，220kV变电站靠近负荷中心的趋势更加明显，这对大容量电力变压器提出了更高的要求。城市户内变电站通常选用240MVA主变压器，变电站占地面积小，与城市发展规划相契合，但是设备布置空间狭小，大容量变压器散热困难的问题尤为突出，若采取安装大功率的排气扇等措施，会对城市环境产生噪声污染。因此，户内变电站变压器的噪声污染和散热，这两个互为矛盾的问题愈来愈突出。针对此问题，本文对主变压器的布置方案进行了研究。
1变压器和散热器分体错层优化布置
分体式变压器是指将主变本体和散热部件分开布置在不同的房间，并利用热管连接的一种变压器。按照散热器与主变分离的相对位置，常规的布置方式有水平布置和垂直布置，本文通过对这两种布置方式的分析优化，提出了分体错层布置方式，即主变布置在地上一层，散热器户外布置于地上二层，与主变本体高差4.5米。
根据工程同类设备运行经验，散热器同主变本体错层布置无需对设备进行特殊处理，只需对密封橡皮圈进行加强技术处理。采用主变本体与散热器分离高低错层布置设计，通过抬高散热器的安装高度，将主变低压侧4组电容器组布置在散热器的下方，可大幅优化变电站占地及建筑面积。
将主变本体户内封闭布置，散热器户外布置，还可以有效地解决噪声问题和主变散热问题。主变错层布置不仅充分利用了竖向空间，有利于优化建筑物整体层高，节约占地面积，并且方便电缆的引接与设备的运输，优化效果明显，同时主变本体与散热器之间液位差相对完全上下垂直分体布置方案较小，有利于设备制造。
2变压器分散优化布置
针对目前城市中心变运行要求，为建设环境友好型变电站，解决主变压器散热和噪声等问题，本文结合工程实例提出变压器分散布置理念，给出了一个两全的解决方案。
依托工程全站采用單体两层建筑，“一体两翼”配电装置布置格局，以10kV、220kV和110kV配电装置为主体，变压器分散布置在两翼，全站接线布置顺畅。如图3-1所示，将全站3台变压器分散布置在生产综合楼0m层东北、西北、东南三个角，GIS室、10kV配电间均布置在3台变压器中央。此分散式布置方案建筑面积为39m×31m（长×宽），较一列式布置方案（建筑面积为65m×36m）每层节约建筑面积1131m2。
图3-1 主变分散布置方式4.5m层布置图
主变220kV、110kV侧均采用油气套管与GIS连接，10kV采用空气套管与全封闭全绝缘铜管母线连接。此连接方式连线简洁、绝缘性能好，较变电站常用方案，节省110kV高压电缆700米，电缆终端18套，减少工程投资。
由图中可看出，主变与各级配电装置相对位置合理，可实现与GIS的GIL管道母线直连，同时与开关柜最优连接，3台主变都能形成主变三侧的完美连接，通道顺畅，简化连线，在达到功能要求的前提下，布置清晰合理，响应了简洁化设计理念，无繁琐复杂通道，连接一目了然，施工方便，检修维护简单，节约了变电站运行成本。
本文提出的变压器分散布置方案，全站3台主变的散热器均布置于建筑物最外沿，自然通风散热条件优越，同时为得到更好的散热效果，散热器室敞开式布置，自然通风，使散热器室形成空气对流，有效降低散热器温度。
当前变压器允许的最高温升，主要受变压器绝缘材料耐热等级的限制。目前运行的油浸变压器，其绝缘材料耐热等级为A级，其最高允许的绕组运行温度为105摄氏度，相应上层油温为95摄氏度。变压器在额定负载下的损耗等于空载损耗与短路损耗之和，它是计算室内变压器通风量的主要依据，选用240MVA的主变压器负载损耗约为700KW，对户内主变在额定负载运行时所需通风量计算如下：
假设变压器室四周绝热，也即通过变压器室四周墙壁散热为零，主要靠通风散热，则变压器所需通风量为：
其中：V为所需通风量
Q为变压器额定负载损耗（kW）
r为空气比重=1.056kg/m3
Cp为空气比热=0.241kcal/kg
为出风口与进风口空气温差取10摄氏度
把以上数据代入上式中计算可得：
经对通风量的计算和与国内主变厂家进行技术沟通，证实240MVA户内主变采用分散式布置方案，完全可以满足变压器额定负载下的散热要求，即选用240MVA的强迫油循环自冷变压器即可满足工程需要。
4 控制环境噪声方案
变压器风扇在500Hz至2000Hz频率会产生噪音，人耳对这种宽带谐波比铁芯在100Hz基本频率产生的谐波更敏感，对许多强风冷却变压器来说，冷却器风扇是比变压器本身更明显的噪声源，加上变压器本体产生的噪声通过技术改造后对周边环境的影响可以忽略，因此解决冷却装置风冷却器的噪音问题是解决主变压器甚至户内站噪音问题的关键。
本文通过分析研究，提出变压器在分体式错层布置的基础上分散布置，优化片散的散热条件，主变选用240MVA自冷片式散热器替代常规强迫油循环风冷却器，从根本上杜绝了冷却器的噪声源，解决了城市变电站对周边环境的噪声污染问题，使得噪声水平能达到该区域国家标准中相应的限值。
5 结论
本文提出的变压器错层分散布置方案有效解决了城市户内变电站隔声降噪和通风散热的矛盾，优化了各电压等级通道走向，使施工和运行更简单方便的同时响应了环境友好型变电站设计理念，是将来建设新型城市户内变电站可考虑的发展方向。
（作者单位：1.中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司；
2.中国电建集团华中电力设计研究院有限公司；
3.中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司）
1变压器和散热器分体错层优化布置
分体式变压器是指将主变本体和散热部件分开布置在不同的房间，并利用热管连接的一种变压器。按照散热器与主变分离的相对位置，常规的布置方式有水平布置和垂直布置，本文通过对这两种布置方式的分析优化，提出了分体错层布置方式，即主变布置在地上一层，散热器户外布置于地上二层，与主变本体高差4.5米。
根据工程同类设备运行经验，散热器同主变本体错层布置无需对设备进行特殊处理，只需对密封橡皮圈进行加强技术处理。采用主变本体与散热器分离高低错层布置设计，通过抬高散热器的安装高度，将主变低压侧4组电容器组布置在散热器的下方，可大幅优化变电站占地及建筑面积。
将主变本体户内封闭布置，散热器户外布置，还可以有效地解决噪声问题和主变散热问题。主变错层布置不仅充分利用了竖向空间，有利于优化建筑物整体层高，节约占地面积，并且方便电缆的引接与设备的运输，优化效果明显，同时主变本体与散热器之间液位差相对完全上下垂直分体布置方案较小，有利于设备制造。
2变压器分散优化布置
针对目前城市中心变运行要求，为建设环境友好型变电站，解决主变压器散热和噪声等问题，本文结合工程实例提出变压器分散布置理念，给出了一个两全的解决方案。
依托工程全站采用單体两层建筑，“一体两翼”配电装置布置格局，以10kV、220kV和110kV配电装置为主体，变压器分散布置在两翼，全站接线布置顺畅。如图3-1所示，将全站3台变压器分散布置在生产综合楼0m层东北、西北、东南三个角，GIS室、10kV配电间均布置在3台变压器中央。此分散式布置方案建筑面积为39m×31m（长×宽），较一列式布置方案（建筑面积为65m×36m）每层节约建筑面积1131m2。
图3-1 主变分散布置方式4.5m层布置图
主变220kV、110kV侧均采用油气套管与GIS连接，10kV采用空气套管与全封闭全绝缘铜管母线连接。此连接方式连线简洁、绝缘性能好，较变电站常用方案，节省110kV高压电缆700米，电缆终端18套，减少工程投资。
由图中可看出，主变与各级配电装置相对位置合理，可实现与GIS的GIL管道母线直连，同时与开关柜最优连接，3台主变都能形成主变三侧的完美连接，通道顺畅，简化连线，在达到功能要求的前提下，布置清晰合理，响应了简洁化设计理念，无繁琐复杂通道，连接一目了然，施工方便，检修维护简单，节约了变电站运行成本。
本文提出的变压器分散布置方案，全站3台主变的散热器均布置于建筑物最外沿，自然通风散热条件优越，同时为得到更好的散热效果，散热器室敞开式布置，自然通风，使散热器室形成空气对流，有效降低散热器温度。
当前变压器允许的最高温升，主要受变压器绝缘材料耐热等级的限制。目前运行的油浸变压器，其绝缘材料耐热等级为A级，其最高允许的绕组运行温度为105摄氏度，相应上层油温为95摄氏度。变压器在额定负载下的损耗等于空载损耗与短路损耗之和，它是计算室内变压器通风量的主要依据，选用240MVA的主变压器负载损耗约为700KW，对户内主变在额定负载运行时所需通风量计算如下：
假设变压器室四周绝热，也即通过变压器室四周墙壁散热为零，主要靠通风散热，则变压器所需通风量为：
其中：V为所需通风量
Q为变压器额定负载损耗（kW）
r为空气比重=1.056kg/m3
Cp为空气比热=0.241kcal/kg
为出风口与进风口空气温差取10摄氏度
把以上数据代入上式中计算可得：
经对通风量的计算和与国内主变厂家进行技术沟通，证实240MVA户内主变采用分散式布置方案，完全可以满足变压器额定负载下的散热要求，即选用240MVA的强迫油循环自冷变压器即可满足工程需要。
4 控制环境噪声方案
变压器风扇在500Hz至2000Hz频率会产生噪音，人耳对这种宽带谐波比铁芯在100Hz基本频率产生的谐波更敏感，对许多强风冷却变压器来说，冷却器风扇是比变压器本身更明显的噪声源，加上变压器本体产生的噪声通过技术改造后对周边环境的影响可以忽略，因此解决冷却装置风冷却器的噪音问题是解决主变压器甚至户内站噪音问题的关键。
本文通过分析研究，提出变压器在分体式错层布置的基础上分散布置，优化片散的散热条件，主变选用240MVA自冷片式散热器替代常规强迫油循环风冷却器，从根本上杜绝了冷却器的噪声源，解决了城市变电站对周边环境的噪声污染问题，使得噪声水平能达到该区域国家标准中相应的限值。
5 结论
本文提出的变压器错层分散布置方案有效解决了城市户内变电站隔声降噪和通风散热的矛盾，优化了各电压等级通道走向，使施工和运行更简单方便的同时响应了环境友好型变电站设计理念，是将来建设新型城市户内变电站可考虑的发展方向。
（作者单位：1.中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司；
2.中国电建集团华中电力设计研究院有限公司；
3.中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司）