250kVA箱式變電站主變室自然通風與機械通風適用性模擬研究

摘 要：以某250kVA箱式變電站主變室為研究對象，從進風溫度和負載率兩個方面入手，研究不同進風溫度和不同負載率下主變室內溫度的變化規律，從而最大程度的利用自然通風，實現自然通風與機械通風的有效利用，并為運行人員提供一定的參考。

關鍵詞：箱式變電站；主變室；自然通風；機械通風

引言

箱式變電站具有體積小、重量輕、便于安裝、外形美觀等優點，廣泛應用于居民小區、繁華鬧市等場合[1]，主要分為歐式和美式兩種，為充分利用自然通風和機械通風的優點，文章采用CFD數值模擬方法，研究不同負載率、不同進風溫度變壓器運行時適合的通風方式，降低不必要的能耗，提高通風效率和質量。

1 主變壓器室模型

1.1 模型簡介

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流動影響不大的結構后簡化為立方體，采用雙側下送上回的進出風方式[2]。

1.2 CFD及邊界條件設置

該主變室模型為三維穩態不可壓湍流模型，采用K-ε標準模型，boussinesq假設，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。

自然通風時進風口為壓力進口，出風口為壓力出口，機械通風時為速度出口[3]，進出風口按“基本模型”簡化為矩形開口[4]，變壓器本體視為發熱熱源，因為主要研究對象為主變室內氣流流動和進出風口的溫度變化情況，為簡化研究且保證不影響實際運行結果的前提下省略變壓器內部繞組鐵芯等結構，假設變壓器表面散熱均勻，單位熱負荷為常數；主變室側墻和底面設為絕熱邊界，頂面與外界相通，視為具有一定熱傳導作用和厚度的非熱源。

1.3 主變室通風設計計算

2 數值模擬

兩個進風口大小各為320mm*320mm，距離主變室底面180mm，沿前后側中心軸布置，頂部兩個出風口大小各為320mm*320mm，沿x軸中心線排列，中心相距1300mm。

國家相關標準明確規定，夏季主變室內通風溫度進風溫度不得高于35°C，出風溫度不得高于45°C，進出風溫差不得大于15°C。

觀察表格數據，進風溫度為30°C時各負載率工況下進出風溫差均符合要求，但K=0.8～1的出風溫度高于45°C，滿載時變壓器壁面最高溫度大于95°C，因此負載率為0.8～1時運行需要開啟風機進行強制通風。

在主變室頂部布置兩臺風機，出口風速1.2m/s，采用自然進風、機械出風后滿載工況壁面最高溫度降低至87.36°C，室內平均溫度降至37.47°C。進風溫度為35°C時壁面最高溫度為93.22°C，室內空氣平均溫度43.74°C。說明此種風機可以滿足通風需求。

（1）同一負載率下室內空氣平均溫度隨進風溫度變化情況

以k=0.5、0.8為例

同一負載率下進風溫度越高室內空氣平均溫度越高，且呈線性增長規律，因此可以通過進風溫度大致計算出室內空氣的平均溫度。

（2）同一進風溫度下室內空氣平均溫度隨負載率變化情況

分析進風溫度分別為30、35°C的圖線，隨著負載率升高室內溫度也在不斷升高，圖線近似成對數曲線，滿載時溫度達到最高，而在同一負載率下對應的不同進風溫度的平均溫差近似等于進風溫差（5°C）。

3 結束語

通過研究200kVA主變室的通風情況，考慮不同負載率和不同進風溫度兩個因素考慮對室內空氣平均溫度的影響，從而為箱變運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行時，進風溫度tj≤25°C只采用自然進風即可滿足通風要求，而當2534°C，K≥0.5這些工況時需開啟風機進行強制通風。

（2）K≤0.5，所有進風溫度下采用自然通風即可滿足通風條件，而當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這些工況需開啟風機進行強制通風。

參考文獻

[1]李一寧.主變壓器室通風散熱系統設計及實現[J].電氣技術，2012，04：33-35.

[2]黃強，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，2010，04：396-401+415.

[3]高學平，李偉，宋慧芳，張尚華.進風口對變壓器室通風效果的影響[J].土木建筑與環境工程，2012，S2：117-122.

[4]趙彬，李先庭，彥啟森，等.室內空氣流動數值模擬的風口模型綜述[J].暖通空調，2000，30（5）：33-37.

[5]任旭明.變壓器室散熱的研究[J].變壓器，2003，05：15-16.