一种室外用电力装置的箱体的制作方法

1.本发明涉及热力学、空气动力学等及其机械结构，是一种室外用电力装置的箱体，尤其涉及箱式变压器、风力发电机舱、储能电源等的箱体。


背景技术：

2.变压器等电力装置不加外箱体裸露在室外空间运行，其散热条件较好，但涉及到严重的防雨雪、防鸟虫、防人体触电、防尘、防火等安全性问题。对此，国内在室外运行的电力变压器普遍采用带有外箱体的欧式箱变的方式。其它室外电力装置也需要在其外围设置保护箱体。
3.对于室外用电力装置的箱体，例如：箱式变压器、风力发电机舱、储能电源、逆变电源箱等电力装置的箱体，要求具备防雨水、防雪、防潮、防虫、防尘、防火、防噪声和良好的散热能力等，并且要根据不同的工况符合不同的防护等级要求。例如箱式变压器，根据gb/t17467-1998要求防护等级要达到ip23以上，变压器表面温度要低于95℃，室内外对比试验的变压器表面温升要求不高于30k，但是，经过我们对电力部门和生产厂家的调研发现，现有无风机强制通风散热的箱式变压器在额定负荷下温升经常处于30k以上，许多产品还存在侧边漏雨、进虫，停机后湿度超过85%等现象，特别是在夏季高温时节，经常出现超温报警、跳闸或烧毁变压器的事故。事故的频繁出现严重影响正常的生产和生活。
4.随着运行温度的升高,一方面，变压器的绝缘材料将迅速老化,变压器的使用寿命降低。特别是当温度超过所允许的额定热点温度时,变压器寿命将以温度每上升6℃、变压器寿命降低一倍的速度而急剧下降!(即变压器6度法则)（详见国家标准gb/t15164-1994《油浸式电力变压器负载导则》。另外，每当环境温度升高10℃时，主要功率电子元件的寿命减少50％。值得注意的是,目前中国电网中正在挂网运行着几十万台10级、20级、30级箱壳的欧式箱变!另一方面，变压器的负载损耗随其运行温度的升高而增加。在同一负载条件下，运行温度每升高10℃，负载损耗增加约3.93%（对于铜质绕组）或4.23%（对于铝质绕组）。我们知道,电能从产出到使用的过程中，即从发电厂到用电设备的输送过程中,每一度电能至少要二次流经变压器,有的要三次、四次甚至五次流经变压器;如果变压器被安装到一个散热级别为30k的箱体内,相比变压器裸露在室外其有载损耗将增加11.79％(对于铜质绕组),电能三次流经变压器时,损耗将增加约35.37％!(对于铜质绕组)。在对箱变运行现场和箱变生产工厂、风力发电机舱生产厂的调研和理论研究分析，我们发现产生上述现象的根本原因是：（1）为了防雨雪，现有室外用电力装置的箱体的通气孔几乎全部都开设在箱体的立面围板上。即便上盖上开设有出风口，也需要加装防护板，防护板也只起到防雨水、防太阳辐射的作用，没有起到利用风压抽吸散热除湿和防鸟筑巢等作用。例如:申请号cn201920937154.1的《一种箱变散热装置》,包括箱体，箱体的两侧均开有多个纵向分布的横向进风槽；进风槽内设置有金属网，进风槽的外侧上端设置有斜向下的挡雨板；箱体的左右内壁均可拆卸设置有遮挡罩，遮挡罩对应遮盖与其同侧的多
个进风槽；遮挡罩表面设置有多个透气孔，遮挡罩的内部设置有布袋，布袋内设置有活性碳块；箱体的顶面呈倒v型，且通过多个绝缘立柱连接设置有隔热板；箱体的顶面中部开设有出风口，出风口内设置有抽气扇；箱体的内顶面设置有环绕出风口均匀分布的多个散热翅片；位于抽气扇的正下方还设置有横向的遮挡片，遮挡片与多个散热翅片的下端均固定连接。上述专利的进风口均开设在箱体侧面。又如：申请号 cn201921387673.1 的《一种新型箱变散热通道》 包括箱变外壳、顶压板、檐板、排气道和滤网，箱变外壳底部固定连接在底座上，檐板固定连接在顶压板底部，顶压板两端固定连接有侧压板，箱变外壳内部左端设有第一柜体，箱变外壳在远离第一柜体的一端连接有第三柜体，箱变外壳内部中间设有第二柜体，箱变外壳后端开设有三个散热通风口，箱变外壳内部连接有配电柜，排气道固定连接在配电柜顶部，风道罩壳顶端设有出风口，通风栅固定安装在箱变外壳外侧。上述专利均在侧面设有进气口和出风口。再如：沈阳工业大学及其风能技术研究所的马铁强 、孙德滨等在2017年5月的【可再生能源】期刊上发表的《风力发电机组机舱散热布局结构最优化方法研究》中，对现有风力发电机机舱的进风口、出风口安装位置总结了四种形式，分别是：“下送尾排”式、“下送侧排”式、“侧送尾排”式和“侧送侧排”式机舱散热布局结构，四种形式都是在机舱竖立面送风或排气。为了防止雨雪和沙尘的进入，没有在机舱顶部开设排气口。只有在安装强制排风机时才在机舱顶部设有排气口，而且要安装安全防护装置。
5.通过计算机仿真和烟雾试验，我们发现：箱体顶部盖闭式电力装置的箱体，电力装置产生的大量损耗热在箱体内形成热涡旋，热气流排出不畅，热量不断积聚，造成箱内温度升高。（2）夏季高温时节，太阳照射使得箱体温度升高，从而传热到箱体内，进一步提高了箱内温度。（3）箱体的散热主要依靠箱内的热浮力（热压）作用，没有发挥外部自然风的风压抽吸作用。（4）没有发挥箱体对太阳光的反射和箱体对外的辐射作用。（5）箱体立面围板上开设的百叶窗，在出现一定角度的切向雨水时会出现少量雨滴进入箱体内侧。为此许多厂家不得不额外加装排气扇和电加热除湿器，但又增加了电力损耗。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种室外用电力装置的箱体，在不增加排气扇和加热除湿器的情况下，解决箱体的防雨水、防雪、防潮、防虫、防尘和散热的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种室外用电力装置的箱体，包括底板、立面围板、上盖板，箱体的底板上开设有箱体进气孔，进气孔上设有防护网，所述电力装置安放在箱体内的箱体进气孔上部，所述立面围板是四面封闭的板体；在箱体的上盖板上至少开设有一个箱体出气孔，在所述箱体出气孔上设有通气管，所述通气管是一具有上端口和下端口的通气管体，在所述通气管的上端口间隔一空间距离设有防护盖，在所述防护盖的下面连接有整流罩，所述整流罩是一具有上端口和下端口的曲面壳体，整流罩的下端口与通气管外壁之间的空间是排气口，所述整流罩的上端口直径大于下端口直径，所述通气管的上端口外径尺寸小于整流罩的下端口内径尺寸，通气管的上端口插入整流罩的下端口内10毫米以上，通气管与整流罩之间通过支撑体连接；通气管内及通气管与整流罩、防护盖之间的空间形成排气通道，通气管的外壁与整流罩的下端口之间的空间与大气连通。所述整流罩是一具有上端口和下端口的曲面壳体，及整流罩的上端口直径大于下端口直径，包括倒圆台形壳体、抛物线形壳体（橄榄球台
形）和倒球台形壳体。所述立面围板上开设有门，所述门优先安装在背阳面上，门上可开设用透明材料制作的观察窗。通气管可以是直筒式或平截锥筒式或扩张管式（上端是向外弯曲的喇叭口式）。
8.该技术方案与现有技术的主要区别在于：
①
箱体的立面围板上不设通气孔，只在箱体的底板上开设进气孔。不仅减少了立面围板加工进气防雨孔的加工工序和加工费用，而且消除了从立面围板进气孔进来的气体与通气管内的气体短路和出现热涡流的现象，更重要的是使从底板上的进气直接流过电力装置的散热表面的温度边界层并直接排向大气，大大提高了进气气流的有效利用率。
②
在箱体的顶部的上盖板上开有出气孔，并在出气孔上部设置防护排气组件。该防护排气组件不仅同时利用箱体内的热压排气作用（即热浮力效应）和外部风力的风压抽吸作用（风流过整流罩曲面壳体表面的柯恩达效应及在通气管的外壁与整流罩的下端口之间的空间的射流效应），而且还具有防雨水、防尘、防倒灌风、无噪声等作用。
9.通过现场烟雾试验可以看出，从箱体底板上的箱体进气孔进来的气体流过变压器表面，直接通过流向箱体出气孔并经排气通道流向大气。箱体内几乎无热涡旋产生。
10.通过现场模拟测试630kva箱变，空载和负载损耗8kw，在外部1.5m/s风速，室外温度20℃时，将现有箱变的箱体的立面围板上的通气孔封闭，在上盖板上安装一套通气管直径300mm的排气组件，比箱体两个立面围板上开设通气孔的箱式变压器表面温度降低2.5℃左右；在箱体上盖板上安装两套通气管直径300mm的排气组件，比箱体两个立面围板上开设通气孔的箱式变压器表面温度降低5~6℃，室内外变压器表面温差25k，达到国家规定的不高于30k标准。在外部6m/s风速时，在箱体的上盖板上安装两套通气管直径300mm的排气组件，比箱体两个立面围板上开设通气孔的箱式变压器表面温度降低最大18℃，室内、外变压器表面温差19k，达到国家规定的20k级别的标准。由于安装排气组件后，箱内始终保持空气流动，箱内湿度接近于箱外湿度。
11.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在箱体的立面围板和上盖板上设有反射、辐射层，所述反射、辐射层包括反射、辐射层涂层或反射、辐射层薄膜等。该技术方案在夏季燃热季节可降低箱体内温度5~10℃。
12.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在所述箱体出气孔上安装有自动防火阀。自动防火阀可在电力装置远超额定负荷运行时，万一出现烧毁起火时自动关闭出气孔，防止火灾蔓延。
13.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在所述排气通道内安装有防护网。防护网可防止虫类、鸟类和沙尘进入箱体内，危害高压电器。
14.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在所述排气通道内或箱体出气孔上安装有排气风机，排气风机与电源连接。
15.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在阳光照射到的箱体的立面围板和上盖板外设有光伏发电组件，光伏发电组件发出的电力与排气风机连接。
16.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在箱体的底板进气孔下部安装有鼓风机，鼓风机与电源连接。
17.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在阳光照射到的箱体的立面围板和上盖板外设有光伏发电组件，光伏发电组件发出的电力与箱体的底板进气
孔下部的鼓风机连接。
18.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在阳光照射到的箱体的立面围板和上盖板外设有透光层、吸热层、隔热层，透光层与吸热层之间留有外气流通道，外气流通道的外进气口位于箱体的底部，外气流通道的出气口位于上盖板的上部，外气流通道的出气口上安装有外通气管和外防护网。该技术方案在炎热的夏季可有效防止太阳辐射的热量传到箱体内，可降低箱体内温度10℃以上。
19.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在所述外通气管的上端口间隔一空间距离设有外防护盖，在所述外防护盖的下面连接有外整流罩，所述外整流罩是一具有上端口和下端口的曲面壳体，所述外整流罩的上端口直径大于下端口直径，所述外通气管的上端口外径尺寸小于外整流罩的下端口内径尺寸，外通气管的上端口插入外整流罩的下端口内10毫米以上，外通气管与外整流罩之间通过外支撑体连接；外通气管内及外通气管与外整流罩、外防护罩之间的空间形成外排气通道，外通气管的外壁与外整流罩内壁之间的空间与大气连通。
20.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：透光层上涂有黑色吸光涂层。
21.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在通气管的外围设置有外通气管，外通气管与通气管之间留有通气间隙，通气间隙与大气连通。
22.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在外通气管的上端口的上部和通气管的外壁上设有外防护盖板，在外防护盖板的下面设有外整流罩，外整流罩的下端口内径大于外通气管的外径，外通气管的上端口插入外整流罩内10毫米以上，外通气管与外整流罩之间设有外支撑体，外通气管与通气管之间设有内支撑体，外通气管与外整流罩之间的空间与大气连通。
23.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在上盖板上的通气管的外围设有与箱体内空间连通的通气孔。
24.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在箱体内放置有吸潮物质。
25.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在立面围板的底部设有进气孔。
26.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在所述立面围板一侧或多侧的上部开有通气孔，所述通气孔上设有向上弯曲的管道，在所述向上弯曲的管道的上端口上装有通气管，在所述通气管的上端口间隔一空间距离设有防护盖，在所述防护盖的下面连接有整流罩，所述整流罩是一具有上端口和下端口的曲面壳体，整流罩的下端口与通气管外壁之间的空间是排气口，所述整流罩的上端口直径大于下端口直径，所述通气管的上端口外径尺寸小于整流罩的下端口内径尺寸，通气管的上端口插入整流罩的下端口内10毫米以上，通气管与整流罩之间通过支撑体连接；通气管内及通气管与整流罩、防护盖之间的空间形成排气通道，通气管的外壁与整流罩的下端口之间的空间与大气连通。
27.上述的一种室外用电力装置的箱体，可供选择的技术方案是：在底板上的进气孔上设置有防潮帘或防潮阀板。防潮帘或防潮阀板在无负载状态下可自动关闭进气孔，防止潮气进入箱体内。
28.有益效果：上述技术方案可实现防雨水、防雪、防潮、防虫、防尘、防火及良好的散热能力，在保证电力装置运行安全的同时，减少维护维修的几率，延长电力装置的寿命，降低电力装置的损耗。
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
30.图1为本发明的一种室外用电力装置的箱体基本结构示意图。
31.图2为本发明的带有阻隔太阳辐射能量的一种室外用电力装置的箱体基本结构示意图。
32.图中：1-箱体、2-底板、3-立面围板、4-上盖板、5-门、6-进气孔，7-防护网、8-电力装置、9-出气孔、10-通气管、11-通气管上端口、12-通气管下端口、13-防护盖、14-整流罩、15-支撑体、16-出气口、、17-支柱、18-支座、19-吸热层、20-透光层、21-外气流通道、31-隔热层、22-外通气管、23-外防护网、24-外进气口。带有箭头的虚线代表外来风，带有箭头的实线代表湿热气体。
具体实施方式
33.实施例1：附图1为一种室外用电力装置的箱体基本结构，包括底板2、立面围板3、上盖板4围成的箱体1，立面围板3上开设有门5，箱体1的底板2上开设有箱体进气孔6，进气孔6上设有防护网7，电力装置8安放在箱体1内的箱体进气孔6上部，立面围板3是四面封闭的板体，立面围板3上的门5是封闭式门；在箱体1的上盖板4上至少开设有一个箱体出气孔9，在箱体出气孔9上设有一个通气管10，通气管10是一具有上端口11和下端口12的通气管体，在通气管10的上端口11间隔一空间距离设有防护盖13，在防护盖13的下面连接有整流罩14，整流罩14是一具有上端口和下端口的曲面壳体，整流罩14的下端口与通气管10的外壁之间的空间是排气口16，整流罩14的上端口直径大于下端口直径，通气管10的上端口11外径尺寸小于整流罩14的下端口内径尺寸，通气管10的上端口11插入整流罩14的下端口内10毫米以上，通气管10与整流罩14之间通过支撑体15连接；通气管10内及通气管10与整流罩14、防护罩13之间的空间形成排气通道，通气管10的外壁与整流罩14的下端口之间的空间与大气连通。整流罩14是一具有上端口和下端口的倒圆台形壳体，整流罩14的上端口直径大于下端口直径，立面围板3上开设的门5安装在背阳面上。通气管10是向外弯曲的喇叭口式的扩张管。
34.运行过程中，电力装置8产生热量并散发到箱体1内的空间。一方面，外部冷气流通过防护网7和底板2上的进气孔6进入箱体1的内空间，电力装置8产生的热量加热冷空气，冷空气吸收热量并被加热成热空气，在热空气产生的浮力（热压）作用下，热空气上升进入通气管10,经通气管10的上端口11，再经整流罩14的下端口与通气管10外壁之间的排气口16排入大气。另一方面，外部来风流过整流罩14的外壁面，产生柯恩达效应，使得外部来风的水平一维流动或二维流动变成沿整流罩14外壁的二维流动或三维流动，并在整流罩14与通气管10之间的排气口16下部产生射流效应，并产生负压（风压）作用，抽吸箱体1内的湿热气体并排向大气。该装置在上述热压和风压的共同作用下给电力装置8散热除湿。
35.本发明人对630kva的箱式变压器进行了模拟试验，箱体1的空间尺寸：225cm*
125cm*200cm。模拟变压器空载和负载损耗8kw，分别在多种工况和条件下进行测试，结果：在外部1.5m/s风速，室外温度20℃时，箱体1的立面围板3封闭（不设通气孔），在箱体1顶部的盖板4上安装一套通气管10的直径300mm的排气组件，比在箱体1的立面围板4上两侧开设通气孔的变压器表面温度降低2.5℃左右，湿度降低了30%。在箱体1顶部的盖板4上安装两套通气管10的直径300mm的排气组件，比在箱体1两个立面围板4两侧上开设通气孔的变压器表面温度降低5~6℃，室内、外变压器表面温差25k，湿度降低了35%，在国家规定的箱式变压器温升不超过30k温升标准以内。在外部6m/s风速时，在箱体1的顶部的盖板4上安装两套通气管10直径300mm的排气组件，比在箱体1上两个立面围板4上开设通气孔的变压器表面温度降低最大18℃，室内、外变压器表面温差19k，湿度降低了35%，在国家规定的箱式变压器温升不超过30k温升标准以内。经过风载荷试验，排气组件可承受38m/s以上的飓风。排气组件无噪声、无倒灌风；淋雨试验、防尘试验等远超国家对“预装式变电站外壳的防护等级应不低于ip23的要求”。
36.实施例2：图2为本发明的带有阻隔太阳辐射能量的一种室外用电力装置的箱体基本结构。图2与图1的区别在于：在阳光照射到的箱体1的立面围板3和上盖板4外设有透光层20、吸热层19、隔热层31，透光层20与吸热层19之间留有外气流通道21，外气流通道21的外进气口24位于箱体1的底部，外气流通道21的出气口位于上盖板4的上部，外气流通道21的出气口上安装有外通气管22和外防护网23。该技术方案在炎热的夏季，太阳能辐射时透过透光层20，并由吸热层19吸收热量，同时加热从外进气口24进入外气流通道21内的冷空气，被加热的空气产生热浮力，并不断从外通气管22和外防护网23排入大气，起到太阳能烟囱作用，隔热层31可有效防止太阳辐射的热量传到箱体内，该技术方案，在1.5m/s风速时可降低箱体内温度10℃以上。其它部分的原理和散热除湿过程与实施例1相同，这里不再赘述。
37.尽管已经结合优选实施方式描述了本发明的箱体，但是本发明不限于本文所述的具体形式，相反，其目的在于覆盖理所当然会落入所述权利要求书限定的本发明范围内的各种替代方式、改型、各种特征要素的再组合而衍生的新组合和等同体。