您当前的位置:五五电子网电子知识电工技术电工文摘10/0.4kV欧式箱变结构分析 正文
10/0.4kV欧式箱变结构分析

10/0.4kV欧式箱变结构分析

点击数:7992 次   录入时间:03-04 11:50:32   整理:http://www.55dianzi.com   电工文摘
摘 要:目前欧式箱变国内已经得到了较为广泛的应用,从其演变过程,阐明结构设计与环境的协调,底框强度与弯曲和挠度的有机结合,以及强制通风散热的基本要求。
    关键词:欧式箱变;外形;颜色;材质;剪切;弯曲;通风;传热

1 欧式箱变现状
1.1 组合形式
  目前国内生产的预装式变电站的组合形式基本上是:高压室、变压器室、低压室成“目”字形排列或“品”字形排列两种结构。
  由此可以看出,这些变电站结构的主要特点是高压开关设备、变压器、低压开关设备这三大发热体,密闭在一个由金属钢板(或铝板、复合材料)制成的大箱体内,除必备的照明外,还必须采用强迫通风散热。其功能越多,体积也相应增大。
  这些设备采用了良好的隔热通风设施,箱体除有自然通风通道外,还在顶盖内部夹层装有新型的隔热材料的隔热层,能有效地防止日光照射产生的热量,为防止雨水浸入,箱体顶部设有防雨檐,箱门采用防雨水的特殊结构。变压器与箱体之间用橡胶垫密封。加之箱体有可靠接地,则运行比较安全。
1.2 箱体的外形设计
  国内外箱式变电站箱体的形状呈现多样化,国内除统一设计有统一的造型外,各制造厂必须根据使用的环境和地形特征、设备的组合、接线方式以及安装、维护等项因素来确定箱体外形的设计。在外形设计时要尽量考虑与外界环境协调,不要因为箱体的存在而破坏了环境,相反,在景色协调的环境中应成为景色的点缀。
1.3 箱体的颜色
  预装式变电站的国内外标准除了对外壳的表面处理有要求外,对箱体的颜色未作规定。应根据设备的使用环境来选配箱体的颜色。
1.4 箱体的材质
  预装式变电站箱体的材料可以是金属、非金属或者两者结合,要求耐受一定的机械力的作用和内部故障电弧而引起的冲击力,同时有足够的机械强度,在起吊、运输和安装时不应变形或损伤。
  玻璃纤维增强水泥箱体是新近推出的一种非金属壳体,这种材料机械强度高,耐热抗压;抗紫外线辐射,抗曝晒性能好,可避免因外部温度而引起箱内温度升高;防潮、防冻、防裂、防燃、抗腐蚀。壳体不因冷热交变产生凝露,能适应各种气候条件。
  夹层彩钢0.5 mm厚彩色涂层钢板为面材,自熄聚苯乙烯为芯材,用热固化胶在连续成型机内加热加压复合而成的超轻建筑板材,具有自重轻,保温隔热,施工进度快的特点,是一种集承重、保温、防水、装修于一体的新型防护结构材料。使用寿命20~30年,不脱漆。该材料已全部国产化,是预装式变电站的首选外壳板材。
2 欧式箱变结构设计应用实例
2.1 一次主接线方案(忽略)
2.2 布置方案


  对比方案1和方案2,平方面积后者比前者略大,但方案1要增加高压母线桥一座,制作难度相对较大,所以确定方案2为优化方案。

2.3 底框剪切和弯曲计算
2.3.1 底框的剪切计算
  该套箱变采用12号槽钢作为底框制作的基本材料,按照所提供的材质证明书,综合选择最低机械性能指标,即屈服点208 N/mm2,抗拉强度425 N/mm2,伸长率31%,查手册其抗剪强度τ为320~440 N/mm2,取最低极限抗剪强度为320 N/mm2,极限抗拉强度为400 N/mm2,延伸率为24%,屈服点为280 N/mm2,弹性模数为202 000 N/mm2。
  按照每面高低压开关设备500 kg计算,其高低压开关设备累计质量为500 kg/面×13面=6 500 kg,变压器采用SCB8-800/10,其质量为3 075 kg,顶盖和箱身质量约为3 500 kg,合计总质量为13 075 kg。查12号槽钢受剪面积15.36 cm2,d=5.5 mm,依据底框设计图样计算最小受剪面积11×15.36+0.55×(69.5+19+66)=253.935 cm2。
  按照材料力学中,安全系数的大致范围,在一般构件的设计中,ns规定为1.5~2.0,nb规定为2.0~5.0;一般把极限应力除以大于1的数n,作为设计时应力的最高限度,即为许用应力,用[σ]表示,取安全系数n=2.0。所以

  根据底框承重13 075 kg及受剪切面积253.935cm2计算出12号槽钢的剪切强度。

   Q为剪力;   
  F为受剪面积。
  因此底框的设计是足够的,其许用剪切强度与剪切强度之比,即[τ]/τ=160/5.046≈32,设计上似乎有点浪费,故采用8号槽钢进行试算。
  依据材质证明书选最小的屈服点280 N/mm2,最小的抗拉强度145 N/mm2,伸长度34%。取[σ]=200N/mm2,[τ]=160 N/mm2。底框承重不变仍为13 075kg。最小受剪面积F=11×10.24+0.5×(69.5+19+66)=189.89 cm2

  因此底框的制作选用8号槽钢已足够。
2.3.2 底框的弯曲计算
  考虑采用集中载荷计算太粗略,因此用均布载荷(用q表示)进行概算,因为受力很复杂,为计算上的方便和经济性仅考虑宽度方向11根长3 153 mm8号槽钢的弯曲情况进行试算。

  查表三惯性矩Jz=101.3×104 mm2,8号槽钢的弹性模数E=202 000 N/mm2
    查表5-2得到


    因此
  θ1=-θ2


  通过以上弯曲计算分析可知用8号槽钢弯曲弯形较大,故对采用12号槽钢的情况进一步分析,仍查表三无12号槽钢的数据记录,采用数值10号与12.6号槽钢的平均值进行试算,取

  依据实际工作条件以上两项指标转角和挠度能够满足要求。
2.4 通风流体计算
  依据基础设计图样和箱顶盖设计图(忽略)计算通风情况如下。
2.4.1 顶盖出风口面积

2.4.2 基础进风口面积(按85%计算)
    A1=450×1 000×6×85%=2 295 000 mm2
  风机采用300FS1 90 WAC220 V高压室4只,变压器室4只,低压室9只,共17只,该风机风量为23m3/min。
  风量Q=17×23 m3/60 s=6.516 m3/s
2.4.3 计算进风口平均流速
  引入公式v=Q/A(6)
式中:v为风口平均流速;
    Q为风量;  
    A为风口面积。

2.4.5 确定比例计算

5 传热计算
  依据空气流体产生的原因,该箱变中流体的换热方式是空气流体掠过发热体(变压器等)的运动是由外界机械力(风机)的作用而发生,因此空气流体与发热体的对流换热称为受迫对流换热。在受迫对流换热中也包含有自然对流换热的现象,此种情况下,自热对流换热很弱,可以忽视。
  箱体隔热层采用的是夹芯彩钢板,厚度为40mm,可以近似地认为厚度比长度和宽度小很多的平壁,平壁边缘的影响可以忽略不计,其各层平壁均为无限大平壁,在进行稳定导热时,经过各层平壁的比热流量及热流量Q都是相同的。
2.5.1 外界环境温度
    外界环境温度取40℃,箱内温度取20℃。
  该夹芯彩钢板外层δ1=0.5 mm,内层δ3=0.5 mm,其材质为碳钢,特性参数为20℃时,ρ=7833 kg/m3,Cp=0.465 kJ/kg·℃,λ=54 W/m℃,α=1.474,导热系数(0~100℃)55~52 W/m℃,夹芯层为聚苯乙烯,其热导率为0.034 W/m℃,厚39 mm。通过三层的比热流量。

式中:q为比热流量;
    Δt为温差;  
    δ1、δ2、δ3分别为三层壁厚,λ1、λ2、λ3分别为三层壁厚材料导热系数。
  因为是稳定导热,所以

2.5.2 外界环境温度
    外界环境温度取30℃,箱内温度取90℃。



式中:v1、v2分别为进出风口平均流速;  
      ωf为平均流速。
  因为主要发热体是变压器,因此把变压器近似地看成是一个平板,其长度按X=3.2 m计算,空气温度tf=40℃,变压器温度为tw=90℃,计算出空气的放热系数。

    =(90+40)/2=65℃
  由tm=65℃从附录五查得60℃和70℃空气的物性量取平均值。
    平均导热系数:


 
3 结论
  1)箱变基本组成:高压负荷开关设备、变压器、低压开关设备。
  2)依据一次方案,箱内布置不是品字形,就是目字形。
  3)箱体材料首选40 mm厚夹芯彩钢板,其次是玻璃纤维增强水泥壳体。
  4)箱体颜色以白色和蓝色为主,其它颜色的选用必须做到与环境协调。
  5)底框设计必须同时考虑强度和弯曲,要求强度足够,同时弯曲变形小。
  6)为保证进风温度已基本与环境温度一致,设置在箱变基础上的入口面积原则上应比顶盖上出风口面积大。
  7)为提高空气在箱变内部的放热系数,顶盖上必须加装风机。


参考文献

[1] 廖光余主编.预装式变电站手册[M].北京:机械工业出版社.
[2] 冲模设计手册[M].模具设计手册之四.北京:机械工业出版社.
[3] 机械设计手册[M].上册第一分册第二版.北京:化学工业出版社.
[4] 材料力学[M].西安:西安交通大学材料力学研究室编.1979年5月.
[5] 王致清主编.工程流体力学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学流体力学教研室.1983年5月.
[6] 许肇钧主编.传热学[M].长春:吉林工学院.1982年10月


本文关键字:暂无联系方式电工文摘电工技术 - 电工文摘