250kVA箱式變電站主變室自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)適用性模擬研究

摘 要：以某250kVA箱式變電站主變室為研究對(duì)象，從進(jìn)風(fēng)溫度和負(fù)載率兩個(gè)方面入手，研究不同進(jìn)風(fēng)溫度和不同負(fù)載率下主變室內(nèi)溫度的變化規(guī)律，從而最大程度的利用自然通風(fēng)，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)與機(jī)械通風(fēng)的有效利用，并為運(yùn)行人員提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：箱式變電站；主變室；自然通風(fēng)；機(jī)械通風(fēng)

引言

箱式變電站具有體積小、重量輕、便于安裝、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)、繁華鬧市等場(chǎng)合[1]，主要分為歐式和美式兩種，為充分利用自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)的優(yōu)點(diǎn)，文章采用CFD數(shù)值模擬方法，研究不同負(fù)載率、不同進(jìn)風(fēng)溫度變壓器運(yùn)行時(shí)適合的通風(fēng)方式，降低不必要的能耗，提高通風(fēng)效率和質(zhì)量。

1 主變壓器室模型

1.1 模型簡(jiǎn)介

箱式變電站主變室大小為2.5m*1.81m*2.38m（X*Y*Z），采用油浸式變壓器，距離主變室底面115mm，省略波紋散熱片和變壓器頂部高低壓套管等體積較小對(duì)流動(dòng)影響不大的結(jié)構(gòu)后簡(jiǎn)化為立方體，采用雙側(cè)下送上回的進(jìn)出風(fēng)方式[2]。

1.2 CFD及邊界條件設(shè)置

該主變室模型為三維穩(wěn)態(tài)不可壓湍流模型，采用K-ε標(biāo)準(zhǔn)模型，boussinesq假設(shè)，DO輻射模型，simple壓力速度耦合算法，壓力離散為body force weighted，其他為二階離散格式。

自然通風(fēng)時(shí)進(jìn)風(fēng)口為壓力進(jìn)口，出風(fēng)口為壓力出口，機(jī)械通風(fēng)時(shí)為速度出口[3]，進(jìn)出風(fēng)口按“基本模型”簡(jiǎn)化為矩形開(kāi)口[4]，變壓器本體視為發(fā)熱熱源，因?yàn)橹饕芯繉?duì)象為主變室內(nèi)氣流流動(dòng)和進(jìn)出風(fēng)口的溫度變化情況，為簡(jiǎn)化研究且保證不影響實(shí)際運(yùn)行結(jié)果的前提下省略變壓器內(nèi)部繞組鐵芯等結(jié)構(gòu)，假設(shè)變壓器表面散熱均勻，單位熱負(fù)荷為常數(shù)；主變室側(cè)墻和底面設(shè)為絕熱邊界，頂面與外界相通，視為具有一定熱傳導(dǎo)作用和厚度的非熱源。

1.3 主變室通風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算

2 數(shù)值模擬

兩個(gè)進(jìn)風(fēng)口大小各為320mm*320mm，距離主變室底面180mm，沿前后側(cè)中心軸布置，頂部?jī)蓚€(gè)出風(fēng)口大小各為320mm*320mm，沿x軸中心線排列，中心相距1300mm。

國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，夏季主變室內(nèi)通風(fēng)溫度進(jìn)風(fēng)溫度不得高于35°C，出風(fēng)溫度不得高于45°C，進(jìn)出風(fēng)溫差不得大于15°C。

觀察表格數(shù)據(jù)，進(jìn)風(fēng)溫度為30°C時(shí)各負(fù)載率工況下進(jìn)出風(fēng)溫差均符合要求，但K=0.8～1的出風(fēng)溫度高于45°C，滿載時(shí)變壓器壁面最高溫度大于95°C，因此負(fù)載率為0.8～1時(shí)運(yùn)行需要開(kāi)啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。

在主變室頂部布置兩臺(tái)風(fēng)機(jī)，出口風(fēng)速1.2m/s，采用自然進(jìn)風(fēng)、機(jī)械出風(fēng)后滿載工況壁面最高溫度降低至87.36°C，室內(nèi)平均溫度降至37.47°C。進(jìn)風(fēng)溫度為35°C時(shí)壁面最高溫度為93.22°C，室內(nèi)空氣平均溫度43.74°C。說(shuō)明此種風(fēng)機(jī)可以滿足通風(fēng)需求。

（1）同一負(fù)載率下室內(nèi)空氣平均溫度隨進(jìn)風(fēng)溫度變化情況

以k=0.5、0.8為例

同一負(fù)載率下進(jìn)風(fēng)溫度越高室內(nèi)空氣平均溫度越高，且呈線性增長(zhǎng)規(guī)律，因此可以通過(guò)進(jìn)風(fēng)溫度大致計(jì)算出室內(nèi)空氣的平均溫度。

（2）同一進(jìn)風(fēng)溫度下室內(nèi)空氣平均溫度隨負(fù)載率變化情況

分析進(jìn)風(fēng)溫度分別為30、35°C的圖線，隨著負(fù)載率升高室內(nèi)溫度也在不斷升高，圖線近似成對(duì)數(shù)曲線，滿載時(shí)溫度達(dá)到最高，而在同一負(fù)載率下對(duì)應(yīng)的不同進(jìn)風(fēng)溫度的平均溫差近似等于進(jìn)風(fēng)溫差（5°C）。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究200kVA主變室的通風(fēng)情況，考慮不同負(fù)載率和不同進(jìn)風(fēng)溫度兩個(gè)因素考慮對(duì)室內(nèi)空氣平均溫度的影響，從而為箱變運(yùn)行人員提供一些參考。

（1）某200kVA箱式變電站主變室變壓器在運(yùn)行時(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度tj≤25°C只采用自然進(jìn)風(fēng)即可滿足通風(fēng)要求，而當(dāng)2534°C，K≥0.5這些工況時(shí)需開(kāi)啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。

（2）K≤0.5，所有進(jìn)風(fēng)溫度下采用自然通風(fēng)即可滿足通風(fēng)條件，而當(dāng)K=0.6，tj≥34°C；K=0.7，tj≥32°C；K=0.8，tj≥30°C；K=0.9，tj≥28°C；K=1，tj≥26°C這些工況需開(kāi)啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)。

參考文獻(xiàn)

[1]李一寧.主變壓器室通風(fēng)散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[J].電氣技術(shù)，2012，04：33-35.

[2]黃強(qiáng)，劉欣，陳磊.天津某地鐵車站變電所變壓器室氣流組織模擬研究[J].隧道建設(shè)，2010，04：396-401+415.

[3]高學(xué)平，李偉，宋慧芳，張尚華.進(jìn)風(fēng)口對(duì)變壓器室通風(fēng)效果的影響[J].土木建筑與環(huán)境工程，2012，S2：117-122.

[4]趙彬，李先庭，彥啟森，等.室內(nèi)空氣流動(dòng)數(shù)值模擬的風(fēng)口模型綜述[J].暖通空調(diào)，2000，30（5）：33-37.

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