浅谈新能源箱变外壳性能解决方案

范青山

摘要：随着光伏和风电新能源电站建设规模的不断扩大，如何保证新能源箱变外壳在不同的恶劣环境下持续运行30年是一个非常重要的命题。本文将分析高海拔、多风沙、重腐蚀或潮湿的环境的应对措施，以及“三防”设计下如何进行散热的设计，保证箱变的良好运行环境。

关键词：新能源箱变外壳、“三防”、散热

一、前言

“十二五”规划中我国可再生能源的光伏和风电产品，截至2015年，并网风电达到10553万千瓦，太阳能发电3336万千瓦，在部分地区电力系统中的比重已达到较高水平。而这些工程所在地很大部分是在青海、新疆、沿海等高海拔、多风沙、重腐蚀或潮湿的环境。那么作为发电系统中重要一部分的户外升压箱式变电站的外壳设计，如何保证在不同的恶劣环境下持续运行30年是外界忽略的问题。而这实际上关系到能源投资公司的综合成本，因为随着时间的推移，若出现外壳严重老化，产品内部性能达不到基本运行要求时，将导致停机。这在很大程度上会影响项目的成本的回收时间或很大程度上影响了利润。因此，及时提出风险，并在订货时预防以及对现场产品进行合理的维护工作是非常关键的一环。本文将重点分析如何增强外壳性能。

二、不同使用环境下新能源箱变外壳的痛点

1、多风沙地区（如新疆等）：

IP防护等级不够，将导致风沙、雨雪进入到设备内部，附着设备绝缘层表面，造成绝缘下降、爬电、放电，在运行过程中甚至造成设备短路故障。

2、高盐雾地区（如江苏的海上风电、福建沿海等）

在海拔的高盐雾环境，容易导致设备外壳，甚至内部电气元件被腐蚀，严重影响设备性能及使用寿命。

3、强日照区及高海拔地区（如青海、云南等）：

箱变紧凑型的设计理念，要求设备本身相比配电房空间要小，散热性能下降，加上户外高强度太阳辐射，设备内部温升急剧升高，影响设备和系统的安全运行。而海拔高度的增加也会设备绝缘强度下降、散热效果变差、开关电器灭弧性能下降，存在风险。

三、新能源箱变外壳性能解决方案

1、提高IP防护等级并解决散热温升问题

风沙颗粒直径一般在0.25～1毫米，这就要求IP等级第一位特征数字达到5或6。这种情况下，如何保证温升满足外壳温升不超过30K，无法触摸的部件温升40K，整体不应超过60K，可触及的柜内金属温升不高于70K，裸铜接头不超过90K呢？答案是设计风道！但是，一般厂家设计的风道不科学，热量无法散发出去，就算柜内安装再多的风扇，也等于一堆“热气”在柜内旋转。

比较有效的风道及散热设计思路是首先根据发热量计算通风换气量，确定进排风口位置及风量，计算排风口内外热压差和进排风口的面积。其次，以开关柜、变压器为中心，排风口设置在箱变顶部四周，其开孔面积约等于进风口（在箱变底部）面积的1.1~1.75倍。另外，高低压柜内的铜排、散热片则尽量垂直立放，利于空气的上下流通；开关柜的各层安装板则尽量冲百页孔，利于空气的上下流通；元件安装时，发热元件则安装于柜上部。最后，在变压器底部安装风机，通过温控系统控制，带动变压室乃至整台箱变的内部通风和散热。

同时，由于通风孔设计在箱变顶盖的四周，并有防止小动物进入的丝网，和防雨防潮措施，在保证通风散热的同时，也保证了整台箱变的防护等级。

2、“三防”措施在技术设计、设备上的支撑

“三防”是指在海洋环境下耐盐雾、耐湿热和抗霉菌性能要求。接下来重点分享风电及光伏行业箱变外壳的“三防”处理工艺守则及试验方法。

首先，“三防”工艺措施。把箱体、面板及其它非镀钢铁件包括柜底出线通风的网板均采用磷化处理后静电喷塑，膜厚在100μm左右，具有很高的耐盐雾性、耐湿热性。由于高温热固化涂层本身就有良好的抗霉菌性，因此不再防霉处理。大型焊件或型钢结构采用喷砂、热喷锌、罩B04-10双组分自干型丙烯酸磁漆工艺（条件允许时在130℃-以下烘烤30分钟以上最好）。所有金属紧固件和开关操作的传动金属部件均镀锌钝化，安装后在表面涂一层防霉清漆。外壳结构冷轧钢板，本身采用阳极氧化处理，安装后再涂敷一道防霉清漆。箱体选用敷铝锌板或镀镁铝锌板加工时，虽然切口具有自愈合能力，仍要求在切口部位涂敷一道自干清漆加强保护。绝缘隔板和绝缘支件浸涂防霉清漆。一次线端子镀锡，低压铜排喷涂聚氨酯磁漆防护，二次线端子采用国际知名品牌菲尼克斯，所有二次线路裸露带电金属部件均以中性凡士林涂封。

其次，表面处理要求。为了保证涂层系统发挥最佳性能，钢结构表面在喷射清理前，须先进行结构处理，按ISO8501-3：2001进行。锐边和切割边缘打磨到R≥2mm，气孔要进行补焊，咬边要进行打磨，焊缝光顺没有焊渣、飞溅等。结构处理前对焊缝进行预喷砂有助于更好地发现缺陷。喷射清理前，所有油脂，或因探伤拍片留下的润湿剂按SSPSP1“溶剂清理”清除干净。喷射用磨料要清洁干燥，不能对涂料性能有不利影响。不能使用河砂，因为它对工人健康有严重不利影响，并且在钢材表面夹砂严重不利于涂层质量。磨料的大小要能产生涂料系统规定的表面粗糙度，表面粗糙度按GB/T13288-2008执行。喷射清理时，要防止油或水对喷射清理后的表面的污染。空压机须安装油水分离器。钢材表面要求喷射清理到GB8923-88Sa2?（ISO8501-1:1988），或SSPCSP10，即钢材表面在不放大的情况下进行观察时，表面应无可见的油脂和污垢，并且没有氧化皮、铁锈、油漆涂层和异物，任何残留的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑。粗糙度达到Rz40-70微米或ISO8503-2中规定的“中等（G）”级别。喷射清理后准备涂漆的钢材表面要清洁、干燥，无油脂，保持粗糙度和清洁程度直到第一道漆的喷涂。涂漆前钢材表面灰尘量小于GB/T18570.3(ISO8502-3)中规定的3级。表面处理后4个小时内，钢材在返黄前就须涂漆。如果钢材表面有可见返锈现现象、变湿或被污染，要求重新处理到前面规定的级别。

最后，基本试验方法。

盐雾试验：按GB2423.17-18进行，连续雾化持续时间500h或1000h。

交变湿热试验：按GB2423.4-93电工产品基本环境试验规试验Db进行，高温55℃-25℃交变，试验周期6天。

长霉试验：按GB2423.16-90电工产品基本环境试验规试验Ja进行，试验周期为28天，试验后观察试品长霉层度及对试品的物理损坏情况。

另外，由于上述试验可以为整机试验，也可以分解零部件试验，还可以只对做过相同防护处理的试品进行试验。试验结束后检查试品的外观、机械电气性能。

3、多日照、高海拔的设计

户外箱变，紫外线强度大，会促使绝缘材料老化加快，特别是有机绝缘材料，会加速油漆涂层的老化和龟裂。因此，箱体变压器室需采用散热效果非常好的钢板夹复合加芯板方式，耐火、隔热。彩钢复合加芯板的面质材料及保温材料为非燃或难燃材料，能够满足防火规范要求。耐火，经特殊涂层处理的彩色钢板保新达10-15年，以后每隔十年喷涂防腐涂料，板材寿命达35年以上。高强度采用高强度钢板为基材，抗张拉强度5600(kg/cm2),再加上最先进的设计与辊压成型，具有极佳的结构特性。

海拔高度方面，选择高海拔物料进行合适的修正，满足客户要求。一般海拔每升高100m，电气间隙和漏电距离的击穿强度将降0.5~1%。因此，将电器用于海拔高度超过2000m的地区时，应增强电器的绝缘强度。

四、结束语

对于新能源箱变外壳，要想保障其运行的效率以及不断的发现问题，必须采取相应的解决措施，只有这样才能够保证产品的质量，给客户带来不一样的价值。即:实现客户价值最大化！在迎接电动汽车浪潮之际，一站式的汽车充电桩配套的专用箱变外壳，也可以借鉴本文的设计思路。当然，由于充电桩电站的安装位置基本在市内，侧重点也有所不同。

参考文献

[1]《涂装工艺及车间设计手册》.机械工业出版社作者：傅绍燕.

[2]IS012944-1:1998《色漆和清漆—防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护》译者：张斌邹婷婷.

[3]《实用通风空调风道计算法》作者：冯永芳.

[4]《中国新能源》中国水利水电出版社作者：杨名舟.

[5]《能源与可持续发展》化学工业出版社作者：王革华.