250kVA箱式变电站主变室自然通风与机械通风适用性模拟研究

【摘要】1.1 模型简介 箱式变电站主变室大小为2.5m*1.81m*2.38m（X*Y*Z），采用油浸式变压器，距离主变室底面115mm，省略波纹散热片和变压器顶部高低压套管等体积较小对流动影响不大的结构...

摘 要：以某250kva箱式变电站主变室为研究对象，从进风温度和负载率两个方面入手，研究不同进风温度和不同负载率下主变室内温度的变化规律，从而最大程度的利用自然通风，实现自然通风与机械通风的有效利用，并为运行人员提供一定的参考。

关键词：箱式变电站；主变室；自然通风；机械通风

引言

箱式变电站具有体积小、重量轻、便于安装、外形美观等优点，广泛应用于居民小区、繁华闹市等场合[1]，主要分为欧式和美式两种，为充分利用自然通风和机械通风的优点，文章采用CFD数值模拟方法，研究不同负载率、不同进风温度变压器运行时适合的通风方式，降低不必要的能耗，提高通风效率和质量。

1 主变压器室模型

1.1 模型简介

箱式变电站主变室大小为2.5m*1.81m*2.38m（X*Y*Z），采用油浸式变压器，距离主变室底面115mm，省略波纹散热片和变压器顶部高低压套管等体积较小对流动影响不大的结构后简化为立方体，采用双侧下送上回的进出风方式[2]。

1.2 CFD及边界条件设置

该主变室模型为三维稳态不可压湍流模型，采用K-ε标准模型，boussinesq假设，DO辐射模型，simple压力速度耦合算法，压力离散为body force weighted，其他为二阶离散格式。

自然通风时进风口为压力进口，出风口为压力出口，机械通风时为速度出口[3]，进出风口按“基本模型”简化为矩形开口[4]，变压器本体视为发热热源，因为主要研究对象为主变室内气流流动和进出风口的温度变化情况，为简化研究且保证不影响实际运行结果的前提下省略变压器内部绕组铁芯等结构，假设变压器表面散热均匀，单位热负荷为常数；主变室侧墙和底面设为绝热边界，顶面与外界相通，视为具有一定热传导作用和厚度的非热源。

1.3 主变室通风设计计算

2 数值模拟

两个进风口大小各为320mm*320mm，距离主变室底面180mm，沿前后侧中心轴布置，顶部两个出风口大小各为320mm*320mm，沿x轴中心线排列，中心相距1300mm。

国家相关标准明确规定，夏季主变室内通风温度进风温度不得高于35°C，出风温度不得高于45°C，进出风温差不得大于15°C。

观察表格数据，进风温度为30°C时各负载率工况下进出风温差均符合要求，但K=0.8～1的出风温度高于45°C，满载时变压器壁面最高温度大于95°C，因此负载率为0.8～1时运行需要开启风机进行强制通风。

在主变室顶部布置两台风机，出口风速1.2m/s，采用自然进风、机械出风后满载工况壁面最高温度降低至87.36°C，室内平均温度降至37.47°C。进风温度为35°C时壁面最高温度为93.22°C，室内空气平均温度43.74°C。说明此种风机可以满足通风需求。

（1）同一负载率下室内空气平均温度随进风温度变化情况

以k=0.5、0.8为例

同一负载率下进风温度越高室内空气平均温度越高，且呈线性增长规律，因此可以通过进风温度大致计算出室内空气的平均温度。

（2）同一进风温度下室内空气平均温度随负载率变化情况

分析进风温度分别为30、35°C的图线，随着负载率升高室内温度也在不断升高，图线近似成对数曲线，满载时温度达到最高，而在同一负载率下对应的不同进风温度的平均温差近似等于进风温差（5°C）。

3 结束语

通过研究200kVA主变室的通风情况，考虑不同负载率和不同进风温度两个因素考虑对室内空气平均温度的影响，从而为箱变运行人员提供一些参考。

（1）某200kVA箱式变电站主变室变压器在运行时，进风温度tj≤25°C只采用自然进风即可满足通风要求，而当25

（2）K≤0.5，所有进风温度下采用自然通风即可满足通风条件，而当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这些工况需开启风机进行强制通风。

参考文献

[1]李一宁.主变压器室通风散热系统设计及实现[J].电气技术，2012，04：33-35.

[2]黄强，刘欣，陈磊.天津某地铁车站变电所变压器室气流组织模拟研究[J].隧道建设，2010，04：396-401+415.

[3]高学平，李伟，宋慧芳，张尚华.进风口对变压器室通风效果的影响[J].土木建筑与环境工程，2012，S2：117-122.

[4]赵彬，李先庭，彦启森，等.室内空气流动数值模拟的风口模型综述[J].暖通空调，2000，30（5）：33-37.

[5]任旭明.变压器室散热的研究[J].变压器，2003，05：15-16.