CN101916970A - 变电站的室内通风系统及变电站的室内通风系统设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变电站的室内通风系统设计方法，通风系统包括至少一种以下设备：进风口、散热器、排风口以及冷却风机；首先设置边界条件，边界条件至少包括以下一个：将所述散热器的热流边界、所述进风口的有效面积、进风温度；排风机的风量；利用CFD根据边界条件模拟至少一种通风系统物理模型；通过CFD分析通风系统物理模型的模拟结果；根据模拟结果确定最佳通风系统物理模型。本发明还提供了一种根据上述设计方法设计的室内通风系统。本发明能够将各种室内通风系统的合理性进行分析，从而能够设计出合理的室内通风系统。

Description

变电站的室内通风系统及变电站的室内通风系统设计方法

技术领域

本发明涉及变电站的室内通风领域，尤其涉及变电站的室内通风系统的设计方法。

背景技术

目前在设计变电站的室内通风系统时，通常是根据人的经验在认为适当的位置安置通风设备，对于通风设备的安置是否合理则无法预知。

另外，当对已经安置的通风设备的通风效果进行分析时，通常是用传统的数学工具进行排风量和进风量的计算，再算出进风口面积和排风机风量。但是这样计算通风效果存在以下问题：1、传统的数学工具，仅仅是一个平均化的状态分析，对于具体工程中的细节，很难进行深入剖析。2、目前的计算通风效果的手段不可以可视化，细节化，无强而有力的设计理论依据。3.不同设计方案不能在技术上进行比较。4.传统的数学工具研究只是定性研究，不能实现定量化，对成本控制、深入设计造成不利影响。

发明内容

本发明提供一种变电站的室内通风系统设计方法，能够模拟出合理的室内通风系统，并可以对各种室内通风系统的合理性进行分析。

本发明还提供一种室内通风系统，其能够达到良好的通风效果。

本发明提供一种变电站的室内通风系统，包括：

室外侧百叶进风口，位于主变压器室大门的门下部；

室内侧百叶进风口，位于与所述主变压器室大门相对的主变室墙体下部；

排风口，位于所述主变压器室顶部；

两台散热器，分别安装于所述主变压器的两侧；

四台冷却风机，其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机。

本发明还提供一种变电站的室内通风系统设计方法，所述通风系统包括至少一种以下设备：进风口、散热器、排风口以及冷却风机；包括步骤：

设置边界条件，所述边界条件至少包括以下一个：将所述散热器的热流边界、所述进风口的有效面积、进风温度；排风机的风量；

利用CFD根据所述边界条件模拟至少一种通风系统物理模型；

通过CFD分析所述通风系统物理模型的模拟结果；

根据所述模拟结果确定最佳通风系统物理模型。

利用本发明提供的变电站的室内通风系统设计方法可以设计出合理的通风方式，而利用该设计方法设计出的本发明提供的变电站的室内通风系统，主变散热器散热效率高，排风温度均匀，主变室内温度比较均匀、比较低，从而主变压器可以较高负荷运行，不需要停电改造主变室通风设计，使之能效比达到最高。另外二次改造费用较少：不合理的通风设计不能有效地把主变压器正常损耗而产生的大量热量排出室外，从而使主变室温急剧升高，导致主变压器只能低负荷运行或者不能正常运行，这就需要改造主变压器室的通风设计；从而导致需要停电改造主变室通风设计，需要更换风机，土建方面需要重新开进、出风口，配电箱和电缆也要重新更换。

附图说明

图1为本发明变电站的室内通风系统设计方法的流程图；

图2为通过CFD建立的通风系统物理模型；

图3-1为通过CFD分析获得的第一种通风系统物理模型的排风口处垂向温度色阶图；

图3-2为排风口处垂向速度箭头图；

图3-3为主变室中部温度色阶图；

图3-4为主变室中部速度箭头图；

图3-5为主变室2m处温度色阶图；

图4-1排风口处垂向温度色阶图

图4-2排风口处垂向速度箭头图

图4-3主变室中部温度色阶图

图4-4主变室中部速度箭头图

图4-5排风口处垂向温度色阶图

图5-1排风口处垂向温度色阶图

图5-2排风口处垂向速度箭头图

图5-3主变室中部温度分布色阶图

图5-4主变室中部速度箭头图

图5-5主变室2m高度温度分布

图6-1排风口处垂向温度色阶图

图6-2排风口处垂向速度箭头图

图6-3主变室中部温度分布色阶图

图6-4主变室中部速度箭头图

图6-5主变室2m高度温度分布

图7-1排风口处垂向温度色阶图

图7-2排风口处垂向速度箭头图

图7-3主变室中部温度分布色阶图

图7-4主变室中部速度箭头图

图7-5主变室2m高度温度分布

图8-1排风口处垂向温度色阶图

图8-2排风口处垂向速度箭头图

图8-3主变室中部温度分布色阶图

图8-4主变室中部速度箭头图

图8-5主变室2m高度温度分布

具体实施方式

本发明提供一种变电站的室内通风系统设计方法，通过CFD(Computational Fluid Dynamics，数值模拟的核心技术是计算流体动力学)来建立多种室内通风系统的模型，并通过CFD计算出各种室内通风系统模型的通风效果，进行比较，获得最佳的室内通风系统模型作为实际的变电站的室内通风系统。变电站的通风系统通常包括：进风口、散热器以及冷却风机等中的一种或多种设备，本发明以这些设备中的一个或多个作为设计通风系统模型时选择的通风设备。

本发明提供的变电站的室内通风系统设计方法如图1所示，包括步骤：首先设置边界条件(S1)，这些边界条件可以根据各种通风设备的已有和已计算得到的参数设置，边界条件至少包括以下一种：散热器的热流边界、进风口的有效面积、进风温度、排风机的排风量等；然后根据设置好的边界条件设计各种通风设备的位置，利用CFD模拟至少一种通风系统物理模型(S2)；接着通过CFD分析各种通风系统物理模型的模拟结果(S3)；最后根据所述模拟结果确定最佳通风系统物理模型(S4)。

在本发明中模拟了六种通风系统物理模型，第一种通风系统物理模型包括一台散热器和一个进风口，散热器安装于主变压器一侧；进风口为室外侧百叶进风口，设置于主变压器室大门下部；

第二种通风系统物理模型包括一台散热器和两个进风口，散热器安装于所述主变压器一侧；进风口包括室外侧百叶进风口和室内侧百叶进风口，室外侧百叶进风口设置于主变压器室大门下部；室内侧百叶进风口设置于主变室大门相对的主变室墙体下部；

第三种通风系统物理模型包括一台散热器和一个进风口；散热器安装于主变压器一侧；进风口为主变压器下方进风口；

第四种通风系统物理模型包括两台散热器和四台冷却风机以及室外侧百叶进风口，散热器安装于主变压器两侧；每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机；

第五种通风系统物理模型包括两台散热器和四台冷却风机以及主变压器下方进风口；散热器分别安装于主变压器两侧；其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机；

第六种通风系统物理模型包括两台散热器、四台冷却风机以及两个进风口，散热器分别安装于主变压器两侧；其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机；进风口包括室外侧百叶进风口和室内侧百叶进风口。

根据以上的设计方法，通过CFD对以上六种通风系统模型依次进行模拟分析，最终将第六种通风系统模型确定为最佳的通风系统模型。在本发明中同时提供了一种变电站的室内通风系统，该室内通风系统将上述第六种通风系统模型中的通风设备作为该变电站的室内通风系统。具体包括：室外侧百叶进风口，位于主变压器室大门的门下部；室内侧百叶进风口，位于与所述主变压器室大门相对的主变室墙体下部；排风口，位于所述主变压器室顶部；两台散热器，分别安装于所述主变压器的两侧；四台冷却风机，其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机。

为了能够更加清楚的理解本发明，以下列举一个本发明的设计方法的应用实例，并通过模拟结果验证本发明的室内通风系统的通风效果。

在本应用实例中，边界条件设置如下：模型主要边界条件设置如下：

散热器：散热器设置为热流边界，热流密度与主变压器总消耗相同；

进风口：有效面积共8m²，根据方案不同调整布置方式，进风温度32℃；

排风口：风量86800CMH；

主变压器冷却风扇：FAN边界，风量12500CMH，4台；

图2为通过CFD建立的通风系统物理模型。

根据上述边界条件建立的六种通风系统物理模型如下：

第一种：单侧散热器，散热器热流密度为300KW；室外侧百叶进风口，进风口面积8m²；

第二种：单侧散热器，散热器热流密度为300KW；室外侧百叶进风口，室内侧百叶进风口；进风面积各4m²；

第三种：单侧散热器，散热器热流密度为300KW；主变压器下方进风口，进风面积8m²；

第四种：双侧散热器，每台散热器热流密度为150KW，配两台冷却风机，共四台；室外侧百叶进风口，进风面积8m²；

第五种：双侧散热器，每台散热器热流密度为150KW，配两台冷却风机，共四台；主变压器下方进风口，进风面积8m²，每个风口为4m²。

第六种：双侧散热器，每台散热器热流密度为150KW，配两台冷却风机，共四台；室外侧百叶进风口，室内侧百叶进风口；进风面积各4m²。

以下是上述六种方案的，模拟结果：

图3-1至图3-5为第一种通风系统物理模型的效果图，通过对该物理模型的通风状况进行CFD分析，得出如下结论：

采用一个散热器、一个进风口、机械排风的气流组织方式，其散热器上方温度较自然通风低，且分布均匀；

散热器上方空气温度仍然不够均匀，局部区域超45℃；

2m处空气温度较低，仅散热器局部出现温度超40℃，这和风口气流有关，但温度分布不均匀，进风侧温度较低。

图4-1至图4-5为第二种通风系统物理模型的效果图，通过对该物理模型的通风状况进行CFD分析，得出如下结论：

采用一个散热器、两个进风口、机械排风的气流组织方式，其散热器上空温度均匀性有所改善，但仍有部分区域温度超45℃；

2m处空气温度分布较单侧进风均匀且温度较低。

图5-1至图5-5为第三种通风系统物理模型的效果图，通过对该物理模型的通风状况进行CFD分析，得出如下结论：

采用单侧散热器、主变压器下方进风口的气流组织，散热器上方排风温度较低，温度场均匀性较好，没有温度超45℃区域；

2m处空气温度较高，但均匀性好，没有超40℃区域。

图6-1至图6-5为第四种通风系统物理模型的效果图，通过对该物理模型的通风状况进行CFD分析，得出如下结论：

采用双侧散热器、一侧进风口的气流组织、散热器上方排风温度较高，

温度场均匀性不佳，局部区域温度超45℃；

2m处空气温度较高，均匀性不好，无进风侧局部区域温度超40℃。

图7-1至图7-5为第五种通风系统物理模型的效果图，通过对该物理模型的通风状况进行CFD分析，得出如下结论：

采用双侧散热器、主变压器下方进风口的气流组织、排风温度均匀，没有温度超45℃的区域；

2m处空气温度较高，均匀度一般，但无超40℃区域。

此方案主变压器室层高需增高，从而建筑物建筑高度要增加，建设成本增大；主变基础增高，主变压器运输难度加大；不容易实施。

图8-1至图8-5为第六种通风系统物理模型的效果图，通过对该物理模型的通风状况进行CFD分析，得出如下结论：

双侧散热器、双侧进风口的气流组织，散热器上方温度均匀性较单侧进风有所改善。

2m处空气温度较低，均匀性较好。

此方案不需增加建筑层高，对建筑、结构都无影响，对主变压器运输也无影响，很容易实施。

通过对六种方案分析，得出如下结论：

1、与自然通风相比，机械通风大大改善了室内温度均匀性与热环境，排风温度显著降低；

2、与自然通风相比，机械通风可以适当减小进风面积；

3、与单侧散热器相比，设置双侧散热器更有利于散热器散热；

4、下进风的进风方式对散热器散热最有利；

5、对于单侧散热器，宜在无散热器侧适当送风，这样有利于改善室内温度均匀度；

6、对于双侧散热器，不宜设置单侧进风方式，这样会导则局部温度偏高，如必须设置，宜增大风量；

7、下进风方式由于能很快进入散热器进行降温，其散热效率高，排风温度均匀，对主变稳定运行有利，但建筑层高需增加，主变运输较困难，不容易实施。

8.双侧散热器、双侧进风的气流组织，散热器上方温度均匀性较好，散热效率高，排风温度均匀，仅有主变压器上部局部区域温度超45℃，但不影响人员活动；此方案不需增加建筑层高，对建筑、结构都无影响，不影响主变运输，很容易实施。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种变电站的室内通风系统，其特征在于，包括：

室外侧百叶进风口，位于主变压器室大门的门下部；

室内侧百叶进风口，位于与所述主变压器室大门相对的主变室墙体下部；

排风口，位于所述主变压器室顶部；

两台散热器，分别安装于所述主变压器的两侧；

四台冷却风机，其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机。

2.一种变电站的室内通风系统设计方法，所述通风系统包括至少一种以下设备：进风口、散热器、排风口以及冷却风机；其特征在于，包括步骤：

设置边界条件，所述边界条件至少包括以下一个：将所述散热器的热流边界、所述进风口的有效面积、进风温度；排风机的风量；

利用CFD根据所述边界条件模拟至少一种通风系统物理模型；

通过CFD分析所述通风系统物理模型的模拟结果；

根据所述模拟结果确定最佳通风系统物理模型。

3.根据权利要求2所述的变电站的室内通风系统设计方法，其特征在于，所述CFD模拟的至少一种通风系统物理模型中：

第一种通风系统物理模型的散热器安装于主变压器一侧；所述进风口为室外侧百叶进风口；

第二种通风系统物理模型的散热器安装于所述主变压器一侧；所述进风口包括室外侧百叶进风口和室内侧百叶进风口；

第三种通风系统物理模型的散热器安装于所述主变压器；所述进风口包括主变压器下方进风口；

第四种通风系统物理模型的散热器安装于所述主变压器两侧；所述冷却风机有四台，其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机；所述进风口包括室外侧百叶进风口；

第五种通风系统物理模型的散热器安装于所述主变压器两侧；所述冷却风机有四台，其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机；所述进风口包括主变压器下方进风口；

第六种通风系统物理模型的散热器安装于所述主变压器两侧；四台冷却风机，其中，每台所述散热器下部各安装两台所述冷却风机；所述进风口包括室外侧百叶进风口和室内侧百叶进风口。

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