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摘要：哈密换流站备用相由于厂家生产供货原因，未能按期在10月初送达现场，运抵现场具备安装工作时已到11月中旬，此时当地环境温度已经下降到白天-20℃左右，晚上-30℃左右，气温异常寒冷。而换流变热油循环时要求达到的油温为65±5℃，且在热油循环完成换流变静置72h后，要求换流变本体内的油温不低于5℃，方能达到换流变压器的局放试验条件。在参建方的的共同研究计算，投入了2台滤油机对换流变进行热油循环，并采取搭设双层保温棚，在本体上覆盖棉被等保温措施，换流变油温上升稳定，在30h即达到了要求的65℃油温。同时确保换流变在72h静置后本体油温不低于规范要求的5℃，保证了换流变安装工作的质量以及后续的试验工作顺利进行。
关键词：换流变低温热油循环保温
中图分类号： E835 文献标识码： A
本工程直流双极额定输送功率：8000MW。直流额定电压：±800kV。±800kV 直流双极线路一回、接地极出线1回。全站24 台工作换流变压器，4 台备用换流变，共计28 台。备用相换流变本体及其安装附件于11月04日全部到达施工现场，11月08日完成换流变的安装工作，开始进行下一步的抽真空、真空注油及热油循环工作。
备用相换流变完成安装工作时，哈密当地气温已下降至白天-20℃左右，晚上-30℃左右，气温异常寒冷。而换流变热油循环时要求达到的油温为65±5℃，且在热油循环完成换流变静置72h后，要求换流变本体内的油温不低于5℃，方能达到换流变的试验条件。因此，换流变热油循环时，特别是热油循环后的保温措施异常重要。
根据上图可知，换流变本体油箱的外形尺寸约为：9m（长）×3m（宽）×4.5m（高）。因换流变在热油循环时需关闭散热器、油枕与本体连接的阀门，则换流变在热油循环时其散热部分仅为换流变本体油箱。根据换流变本体油箱的外形尺寸可知其表面积为162m2。
根据导热量计算公式
Φ=ΛAΔT/δ
式中:
Φ--单位时间内通过的热量（W）；
A—物体表面积（m2）；
Λ--物体的热导率[W/（m·K）]，取换流变本体油箱钢材导热率45 W/（m·K）
δ--物体的厚度（m），取换流变本体油箱高度4.5m；
ΔT--温度差（K）。
当换流变油温加热至要求的65℃时，换流变本体油箱与外界温度的差值为：ΔT=65℃-（-30℃）=95K。
则换流变油温在65℃时的导热量为：
Φ=ΛAΔT/δ=45 W/（m·K）×162m2×95K/4.5m=153900W
=153.9kW
因此，当热油循环时滤油机加热器的功率小于153.9kW时，无法将换流变本体内的绝缘油加热至要求的65℃。
根据换流变的施工要求，当换流变油温达到65±5℃时进行72h热油循环，热油循环完成后进行72h静置，并要求静置后的油温不低于5℃。因此需计算换流变热油循环完成后，在哈密地区极低气温调价下，油温降至5℃时所需的时间是否大于72h。
由上述可知，物体的导热量与两物体的温度差成线性关系，则换流变静置时油温从65℃下降至5℃时的平均导热量与35℃时同外界的导热量相同，则平均导热量为：
Φ=ΛAΔT/δ=45 W/（m·K）×162m2×65K/4.5m=105300W
=105.3kW
根据上述换流变设备参数可知，换流变本体油箱内的油重为93t，则需计算换流变本体内油温从65℃下降至5℃时释放的热量。
根据热量计算公式
Q=cm△t
Q—物体放出或吸收的热量；
m--该物质的质量；
c--物质的比热容,绝缘油的比热容取2000J/kg·℃
△t--物体温度的变化量。
则换流变静置时油温从65℃下降至5℃时释放的热量为：
Q=cm△t=2000 J/kg·℃×93000kg×（65-5）℃=11160000kJ
根据上述计算的平均到热量可知，油温从65℃下降至5℃时所需的时间为：
H=Q/Φ=11160000kJ /105.3kW≈105983s≈29.4h
则在室外条件下，换流变本体内油温将在29.4小时后下降至5℃，不满足静置72小时后本体内油温不低于5℃的要求。因此需采取必要的保温措施。
如要求换流变油温不低于5℃，则表示在換流变本体油温降至5℃时对外界散发的热量需通过换流变外界环境进行补充（因此时处于静置状态，严禁通过滤油机对换流变本体内油进行加温）。根据热量计算公式可知，换流变本体内油温从5℃降低至与外界相同的温度（-30℃）所散发的热量为：
Q=cm△t=2000 J/kg·℃×93000kg×[5-（-30）]℃=6510000kJ
因静置时间为72h，则在静置时间内外界对换流变补充的功率应为：
P=Q/T=6510000kJ/（72×3600）s≈25kW
综上所述，哈密换流站工程备用相换流变在低温条件进行热油循环时共计投入2台滤油机进行热油循环，2台滤油机加热器功率分别为：144kW和205kW，流速为15000升/小时在2台滤油机，同时参与热油循环的条件下，在约30小时后，备用相换流变本体内的油温即加热至要求的65℃。
备用相换流变安装过程中控制的难点即在于滤油机停机后，要求在进行72h静置后要求油温保持在5℃以上，方能具备局部放电实验要求。因此，在通过热力计算研究后，攻关小组决定采取在热油循环过程中进行换流变保温棚的搭设及换流变上覆盖棉被等保温材料的措施工作（不推荐在抽真空时搭设，当换流变真空度抽不上时，需对换流变进行检查、处理，如此时搭设保温棚，则将影响换流变的检查、处理工作）。
具体搭设方案为：
将换流变本体上的棉被覆盖严实，对于管道部分，可采用小型棉被或再生棉进行包扎，并应对所有的滤油机与换流变本体之间的油务管道进行包扎，且尽可能的缩短换流变与滤油机之间的油务管道，从而减少换流变本体及滤油管道的散热。
保温棚采用钢管进行搭设。首先采用钢管构造保温棚的骨架，然后采用再生棉进行包裹，为确保不透风，再生棉需包裹严实。最后，再用防雨布（利用帆布为宜）进行第二次包裹。这样搭设的保温棚就能起到保温及防雨雪的作用。因搭设好的保温棚内温度较外界温度稍高，如保温棚外表面的防雨布有膨胀效果，则表示保温棚的密封情况较好，符合保温的要求。
保温棚搭设完成后，根据上述的计算结果，我项目部在保温棚内装设了14台热风机，每台热风机功率为2kW，达到提高保温棚内环境温度，降低换流变本体内绝缘油散热速度的效果。
因保温棚内加热器较多，且棉被、再生棉等均属于易燃品，故需在保温棚内四周配置干粉灭火器，防止火灾的发生。并且安排专人对换流变的热油循环及静置工作进行24小时值守。
完成上述措施后，哈密换流站备用相换流变在最低环境温度为-30℃的情况下顺利完成72h热油循环工作，并在完成72h静置后，本体内绝缘油温度为9℃，完全满足换流变试验过程中要求本体内绝缘油温度不低于5℃的要求。
结束语：
哈密换流站备用换流站在各方单位的努力下，采取了一系列的加热、保温措施，克服了各种困难，在外界环境温度极低的不利条件下，满足了换流变安装、热油循环、常规、特殊实验等工艺控制流程，低成本、高质量的完成了安装任务，为哈密换流站的顺利投运提供了后备保障，同时也为北方寒冷地区冬季换流变压器、常规变压器的安装积累了一定的经验。
关键词：换流变低温热油循环保温
中图分类号： E835 文献标识码： A
本工程直流双极额定输送功率：8000MW。直流额定电压：±800kV。±800kV 直流双极线路一回、接地极出线1回。全站24 台工作换流变压器，4 台备用换流变，共计28 台。备用相换流变本体及其安装附件于11月04日全部到达施工现场，11月08日完成换流变的安装工作，开始进行下一步的抽真空、真空注油及热油循环工作。
备用相换流变完成安装工作时，哈密当地气温已下降至白天-20℃左右，晚上-30℃左右，气温异常寒冷。而换流变热油循环时要求达到的油温为65±5℃，且在热油循环完成换流变静置72h后，要求换流变本体内的油温不低于5℃，方能达到换流变的试验条件。因此，换流变热油循环时，特别是热油循环后的保温措施异常重要。
根据上图可知，换流变本体油箱的外形尺寸约为：9m（长）×3m（宽）×4.5m（高）。因换流变在热油循环时需关闭散热器、油枕与本体连接的阀门，则换流变在热油循环时其散热部分仅为换流变本体油箱。根据换流变本体油箱的外形尺寸可知其表面积为162m2。
根据导热量计算公式
Φ=ΛAΔT/δ
式中:
Φ--单位时间内通过的热量（W）；
A—物体表面积（m2）；
Λ--物体的热导率[W/（m·K）]，取换流变本体油箱钢材导热率45 W/（m·K）
δ--物体的厚度（m），取换流变本体油箱高度4.5m；
ΔT--温度差（K）。
当换流变油温加热至要求的65℃时，换流变本体油箱与外界温度的差值为：ΔT=65℃-（-30℃）=95K。
则换流变油温在65℃时的导热量为：
Φ=ΛAΔT/δ=45 W/（m·K）×162m2×95K/4.5m=153900W
=153.9kW
因此，当热油循环时滤油机加热器的功率小于153.9kW时，无法将换流变本体内的绝缘油加热至要求的65℃。
根据换流变的施工要求，当换流变油温达到65±5℃时进行72h热油循环，热油循环完成后进行72h静置，并要求静置后的油温不低于5℃。因此需计算换流变热油循环完成后，在哈密地区极低气温调价下，油温降至5℃时所需的时间是否大于72h。
由上述可知，物体的导热量与两物体的温度差成线性关系，则换流变静置时油温从65℃下降至5℃时的平均导热量与35℃时同外界的导热量相同，则平均导热量为：
Φ=ΛAΔT/δ=45 W/（m·K）×162m2×65K/4.5m=105300W
=105.3kW
根据上述换流变设备参数可知，换流变本体油箱内的油重为93t，则需计算换流变本体内油温从65℃下降至5℃时释放的热量。
根据热量计算公式
Q=cm△t
Q—物体放出或吸收的热量；
m--该物质的质量；
c--物质的比热容,绝缘油的比热容取2000J/kg·℃
△t--物体温度的变化量。
则换流变静置时油温从65℃下降至5℃时释放的热量为：
Q=cm△t=2000 J/kg·℃×93000kg×（65-5）℃=11160000kJ
根据上述计算的平均到热量可知，油温从65℃下降至5℃时所需的时间为：
H=Q/Φ=11160000kJ /105.3kW≈105983s≈29.4h
则在室外条件下，换流变本体内油温将在29.4小时后下降至5℃，不满足静置72小时后本体内油温不低于5℃的要求。因此需采取必要的保温措施。
如要求换流变油温不低于5℃，则表示在換流变本体油温降至5℃时对外界散发的热量需通过换流变外界环境进行补充（因此时处于静置状态，严禁通过滤油机对换流变本体内油进行加温）。根据热量计算公式可知，换流变本体内油温从5℃降低至与外界相同的温度（-30℃）所散发的热量为：
Q=cm△t=2000 J/kg·℃×93000kg×[5-（-30）]℃=6510000kJ
因静置时间为72h，则在静置时间内外界对换流变补充的功率应为：
P=Q/T=6510000kJ/（72×3600）s≈25kW
综上所述，哈密换流站工程备用相换流变在低温条件进行热油循环时共计投入2台滤油机进行热油循环，2台滤油机加热器功率分别为：144kW和205kW，流速为15000升/小时在2台滤油机，同时参与热油循环的条件下，在约30小时后，备用相换流变本体内的油温即加热至要求的65℃。
备用相换流变安装过程中控制的难点即在于滤油机停机后，要求在进行72h静置后要求油温保持在5℃以上，方能具备局部放电实验要求。因此，在通过热力计算研究后，攻关小组决定采取在热油循环过程中进行换流变保温棚的搭设及换流变上覆盖棉被等保温材料的措施工作（不推荐在抽真空时搭设，当换流变真空度抽不上时，需对换流变进行检查、处理，如此时搭设保温棚，则将影响换流变的检查、处理工作）。
具体搭设方案为：
将换流变本体上的棉被覆盖严实，对于管道部分，可采用小型棉被或再生棉进行包扎，并应对所有的滤油机与换流变本体之间的油务管道进行包扎，且尽可能的缩短换流变与滤油机之间的油务管道，从而减少换流变本体及滤油管道的散热。
保温棚采用钢管进行搭设。首先采用钢管构造保温棚的骨架，然后采用再生棉进行包裹，为确保不透风，再生棉需包裹严实。最后，再用防雨布（利用帆布为宜）进行第二次包裹。这样搭设的保温棚就能起到保温及防雨雪的作用。因搭设好的保温棚内温度较外界温度稍高，如保温棚外表面的防雨布有膨胀效果，则表示保温棚的密封情况较好，符合保温的要求。
保温棚搭设完成后，根据上述的计算结果，我项目部在保温棚内装设了14台热风机，每台热风机功率为2kW，达到提高保温棚内环境温度，降低换流变本体内绝缘油散热速度的效果。
因保温棚内加热器较多，且棉被、再生棉等均属于易燃品，故需在保温棚内四周配置干粉灭火器，防止火灾的发生。并且安排专人对换流变的热油循环及静置工作进行24小时值守。
完成上述措施后，哈密换流站备用相换流变在最低环境温度为-30℃的情况下顺利完成72h热油循环工作，并在完成72h静置后，本体内绝缘油温度为9℃，完全满足换流变试验过程中要求本体内绝缘油温度不低于5℃的要求。
结束语：
哈密换流站备用换流站在各方单位的努力下，采取了一系列的加热、保温措施，克服了各种困难，在外界环境温度极低的不利条件下，满足了换流变安装、热油循环、常规、特殊实验等工艺控制流程，低成本、高质量的完成了安装任务，为哈密换流站的顺利投运提供了后备保障，同时也为北方寒冷地区冬季换流变压器、常规变压器的安装积累了一定的经验。