為何地下變電站普遍風量不夠，散熱效果差？這3個原因，你想不到

通風系統概述

地下變電站佔地和空間都很緊張，而地下變電站各電氣房間所需通風量較大，風管的截面積較大，同時要兼顧電纜和其他管線的佈置，這就對通風系統的合理設計、安全可靠有較大的困難，如圖 1 所示為廣州太古 110 kV 全地下變電站走廊通風管。

地下變電站主要採用自然進風、機械排風的通風模式，同時對通風不暢的部位，輔以一定的機械送風。

（1）變壓器室通風

對於耐火等級為一級的變壓器室，按每臺主變的通風系統應獨立設計。變壓器室內的通風應滿足人員活動區域溫度在 35～37 ℃，室溫不宜超過 45 ℃。

1）主變冷卻方式及通風方式

變壓器室通風系統設計主要取決於變壓器散熱器的設定方式。因此，變壓器室通風系統設計可根據變壓器散熱器的設定方式來劃分：

①散熱器與主變本體一體式置於地下，通風系統將變壓器所有散熱排至地上。此種設定方式通風量巨大，通風系統宜採用離心式通風機，設定獨立的通風機房，通風機房及進排風風道佔地面積大。

②散熱器置於地面，通風系統只需排出變壓器本體散發的小部分餘熱。此種方式的通風量小，一般採用軸流風機即可，同時可有效地控制噪聲的排放。樹上鳥教育暖通設計杜老師，

2）變壓器室通風量計算

變壓器的散熱量由其損耗決定。其散熱量計算可採用下式計算：

式中：Q 為變壓器散熱量， W；Pul 為變壓器的空載損耗，；Plo 為變壓器的負載損耗， W。

變壓器式通風量 L 可按以下公式計算：

式中：L 為變壓器式通風量， m3/h；c 為空氣比熱容，取=1。01kJ/（kg·℃）；ρav 為進排風平均密度， kg/m3；Δt 為進排風溫度差， ℃， Δt 不應超過 15℃；tin， tex 為進、排風溫度， tin 可取當地通風室外計算溫度， tex 宜≤45 ℃。Q‘ 為變壓器餘熱量， W。

變壓器室餘熱量 Q’由變壓器的散熱器的位置決定。當變壓器本體與散熱器同置於地下變壓器室時，

Q‘=Q， Q 由式（1）計算所得。當變壓器本體與散熱器分開，且散熱器直接將熱量排至室外（或由水冷卻裝置排至室外）時，變壓器室餘熱量 Q’ 僅由其本體散發出來，這部份熱量較小，因此變壓器室的通風量大大減小，裝置執行對通風系統的依賴性減弱。

3）變壓器室通風問題分析

據對某地區變電站的故障統計，在變器發生的79次故障中，由於變壓器溫度過高造成的故障佔總故障數的 67%。

變壓器室通風散熱效果不好的原因主要有以下三點：

①變壓器室通風量不足。設計未按變壓器滿負載執行時的損耗計算最大通風量，部分變電站進風口面積不足、變壓器室未設抽風機等情況造成變壓器室通風量不足。

②變壓器室氣流組織不合理。變壓器室位於地下，室內氣流組織不合理極可能造成進排風短路，直接影響著主變的散熱效果。

③變壓器室佈局不良。變壓器室過於狹小造成室內熱量積聚，造成室內溫度較高。

4）通風與氣流組織研究

有學者對變壓器室通風氣流組織進行了數值模擬，結果表明：

①相對於其他佈置方式，進風口均勻佈置在變壓器正下方的通風效果最好，而排風口在頂部中央或頂部其他位置對室內溫度分佈影響較小。

②在進風口位置最佳化的前提下，低風速時空氣流過機器時流動平緩，更容易繞過邊壁帶走熱量。但風速過低，新風前進動力不足，反而不利於熱量的擴散。此，一定程度地提高進風口風速有利於提高變壓器室散熱效果。

③對位於變壓器正下方的進風口下方加裝導流片（如圖 2 所示），可改變流入冷空氣的路徑，使其流速增加，更充分地進入散熱片之間的空隙，變壓器上表面的溫度分佈更均勻。

5）通風系統設計總結

變壓器室的通風系統的設計需注意以下三方面：

①應根據變壓器滿負載執行時的損耗設計最大通風量。為考慮良好的通風，在有條件的情況下，地下變電站的散熱器部分宜採用地上佈置方式或採用水冷卻方式。

②儘量減少在進排風全過程中各種阻力的損失，充分計算通風系統的總壓損，保證風機足夠的風壓，尤其注意進風風道較長的變壓器室。設計時應避免風機風壓不夠導致變壓器室通風量不足的問題。

③進風口位於變壓器散熱器的正下方的方式通風效果最好，但此種佈置方式較為困難，需要較大的進風地道，需與建築結構專業緊密配合。當無法設定進風地道時，可透過機械送風將冷空氣直接送至散熱器下方。

（2）電抗器/電容器室通風

電抗器室、電容器室發熱量較大，排風管道截面積較大，需與電氣、土建專業配合，以儘可能最佳化利用走廊上方空間。

為使電抗器室、電容器室的氣流組織合理，進風百葉風口靠側牆下部均勻安裝，同時排風管儘可能與進風口對側佈置，排風機集中佈置在風機機房中，並透過排風風道將室內熱量排除。

（3）GIS 室通風

GIS 室內的電氣裝置發熱量很小，但室內裝置執行中可能會產生有毒的六氟化氫氣體，通風系統需單獨設定。GIS 室通風系統分為平時通風和事故通風兩部分，平時通風系統應按連續執行設計，其風量應按換氣次數每小時不少於 4 次計算，事故排風量應按換氣次數每小時不少於 6 次計算。

如圖 3 為深圳 220 kV田半地下變電站的 GIS 室排風管，在室內上部和下部均設定排風口。平時通風由下部排風模式保證，事故排風量由下部排風系統和上部排風系統共同保證。IS 室可採用雙速風機，平時開啟低速工況通風。事故後開啟高速工況通風，迅速排出室內有害氣體。

目前地下變電站的 GIS 室的通風系統出現了排風不流暢、通風量不足的問題，原因是風機的設計風壓不夠。地下變電站的進排風管路比較複雜，在設計時應計算通風系統總壓損，不應簡單套用地上變電站的設計經驗。

防排煙系統

地下變電站主要電氣裝置均位於地下，且有工作人員巡視，因此防排煙系統除了考慮裝置房間事故後排煙還必須考慮人員的疏散問題。主要包括了以下內容。

消防樓梯間應設計機械加壓送風系統，同時消防樓梯間入口處應增設防煙前室。走廊、人員較多的控制室等應設定排煙系統，發生火災時自動開啟排煙系統排煙，為工作人員提供逃生條件。

電氣裝置房間平時通風系統可兼做排煙系統，通風機均採用排煙風機，發生火災時關閉通風系統。火災後能開啟排煙系統快速排除室內煙氣。地下變電站的各裝置間的進風百葉風口均設定防火閥，平時防火閥開啟用於通風。火災時透過消防聯動控制系統關閉火災地點防火分割槽內的所有防火閥，阻止火勢蔓延。

所有排煙風機和電動啟閉的防火閥和防火排煙閥均能在消防中心和就地手動控制。

地面風亭設計

地下變電站進排風口是通風系統地上部分與地下部分連通的重要設施。一般將自然進風口與吊物孔合用，以減少佔地面積。由於地下變電站還未普及，地下變電站的風亭設計沒有明確的設計規範，因此在設計時缺乏依據。透過調研既有地下變電站工程，同時參考《地鐵設計規範（GB50157-2013）》，風亭設計宜滿足以下要求。

①單建的地下變電站風亭應與其他建築保持一定的距離（不應小於 5 m），變電站進風風亭應建在空氣比較乾淨之處。當風亭在路邊時，風亭排風高度不應小於 2 m，當週圍有綠化等措施時，可降低其高度，但應滿足防淹的要求（不應低於 1 m） 。

②風亭開口處應有安全防護裝置，必要時可採取濾塵措施，同時風井底部應有排水設施。風亭頂部可採用透光頂棚，在一定程度上解決地下變電站自然採光不足的問題。

③風亭進出風格柵迎風面風速不應大於 4 m/s，應注意防止站內噪聲的排放，滿足《聲環境質量標準（GB 3096-2008）》的規定。

空調系統

透過對北京、上海以及日本神戶東京等地下變電站的調研，地下變電站空調系統可根據工程實際情況採用以下三種形式：

①建設在市區的地下變電站，有時會建設有辦公樓或其他用途的房間，此時地下變電站附有較多的其他功能房間，宜採用多聯機空調系統，可以滿足靈活控制和節能的要求。

②獨立建設的地下變電站，以裝置房間為主。裝置房間採用單元式空調機，辦公房間採用普通分體空調機，單元式空調機有著冷量大，配管靈活，使用壽命長等優點，適宜於地下變電站電氣裝置房間長時間開啟空調的要求，降低空調的故障率和更換率。

③地下變電站與城市大樓合建時，當大樓設計有空調系統時，變電站空調系統可與大樓空調系統合用。空調系統的設計應根據工程特點靈活設計。

需要特別注意的是，地下變電站地下空間相對溼度比較大，需要加強對溼度的控制，可根據現場情況設定獨立工業除溼機。

結論與建議

目前地下變電站普遍存在的問題是風量不夠，散熱效果不好。有幾個方面的原因：設計風量不夠，未按裝置滿負荷執行散熱計算最大排風量。進風口未設過濾器以及通風裝置長期維護不夠導致積灰嚴重，壓損增大，通風量減小。

相比於全地下變電站，應優先考慮建設半地下變電站。主變散熱對通風系統的影響比較大，儘可能將散熱器和主變本體分開佈置，同時將散熱器佈置在地上部分，散熱器是採用自然通風散熱，減少能耗。

地下變電站電纜間、電抗器室、變壓器室等房間可採用智慧化的溫控系統，利用室內溫度控制風機啟停，避免風機長期不間斷執行，以節約能源。

地下變電站應充分考慮通風機和通風口的噪聲對周圍居民的影響，必要時加裝隔音降噪裝置。

免責宣告：本文作者何娜萍 肖國鋒

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