一種小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及配電房散熱領(lǐng)域，特別是一種小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民用電量也隨之迅速增大，住宅小區(qū)的不斷修建，導(dǎo)致居 民小區(qū)配電房數(shù)量快速增長(zhǎng)。居民小區(qū)配電房主要問(wèn)題之一是散熱通風(fēng)不暢問(wèn)題，為了保 障供配電可靠進(jìn)行，由于夏季高溫酷暑天氣持續(xù)很久，居民用電需求大且對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行要求 迫切。
[0003] 配電房是電力系統(tǒng)中配網(wǎng)中心的重要組成環(huán)節(jié)，它是高、低壓成套裝置集中控 制，接受和分配電能的場(chǎng)所，且配電房?jī)?nèi)電氣設(shè)備以干式變壓器和開(kāi)關(guān)柜為主。配電房?jī)?nèi) 的變壓器等設(shè)備在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的熱量會(huì)導(dǎo)致配電房?jī)?nèi)空氣溫度上升，當(dāng)空氣溫度達(dá)到 一定值時(shí)，變壓器損耗將增加，效率下降，甚至?xí)霈F(xiàn)配電房起火爆炸的嚴(yán)重事故。
[0004] 在輸變電和供配電工程中，變壓器和開(kāi)關(guān)柜均是價(jià)格比較昂貴且對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行 起到關(guān)鍵作用的重要的設(shè)備。其安全運(yùn)行對(duì)于保證電網(wǎng)安全具有重大的意義。配電房?jī)?nèi)部 的變壓器等設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)導(dǎo)致配電房?jī)?nèi)氣溫上升，當(dāng)氣溫達(dá)到一定值時(shí)，變壓器損耗增 加，效率下降。
[0005] 配電房的散熱直接與變壓器和開(kāi)關(guān)柜的散熱相關(guān)，其主要熱源是變壓器和開(kāi)關(guān) 柜，配電房的散熱問(wèn)題解決了，變壓器和開(kāi)關(guān)柜的安全穩(wěn)定運(yùn)行也就得到了保障。。所以研 究配電房的散熱問(wèn)題具有重要的工程價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0006] 配電房溫度場(chǎng)的計(jì)算，是利用數(shù)值傳熱學(xué)（NumericalHeatTransfer，NHT)的方 法來(lái)對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行研究的。數(shù)值傳熱學(xué)求解問(wèn)題的基本思想是：把原來(lái)在空間與時(shí)間坐標(biāo) 中連續(xù)的物理量的場(chǎng)，用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的值的集合來(lái)代替，通過(guò)一定的原則建立 起這些離散點(diǎn)上變量值之間關(guān)系的代數(shù)方程，求解所建立起來(lái)的代數(shù)方程以獲得所求解變 量的近似值。溫度場(chǎng)的有限元分析法是物體分割成有限個(gè)在節(jié)點(diǎn)處互相連結(jié)的單元體，在 一定的精度要求下，對(duì)每個(gè)單元用有限個(gè)參數(shù)來(lái)描述它的溫度特性，而整個(gè)連續(xù)的溫度特 性可認(rèn)為是這些單元溫度特性的總和，從而建立起連續(xù)體的溫度和平衡關(guān)系。
[0007] 目前對(duì)于配電房的溫度場(chǎng)的計(jì)算的研究很少，在實(shí)際配電房中大多都是采用簡(jiǎn)單 的直接擴(kuò)大配電房的面積，采用開(kāi)空調(diào)降溫或者采用風(fēng)扇來(lái)進(jìn)行降溫散熱，這些就大大的 造成了能源和資源的浪費(fèi)，而對(duì)于配電房的節(jié)能散熱的優(yōu)化研究很少。
[0008] 因此，需要一種小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的就是提供一種小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化方法。
[0010] 本發(fā)明的目的是通過(guò)這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0011] 本發(fā)明提供的一種小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化方法，應(yīng)用于小區(qū)配電房散熱系統(tǒng)，該 系統(tǒng)包括計(jì)算模型建立模塊、輸入模塊和存儲(chǔ)模塊；在計(jì)算模型建立模塊生成配電房溫度 場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型；并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)模塊中，通過(guò)輸入模塊輸入計(jì)算數(shù)據(jù)；包括以下步驟：
[0012] 建立配電房溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型，
[0013] 計(jì)算配電房室內(nèi)單個(gè)設(shè)備；
[0014] 獲取配電房中單個(gè)設(shè)備的不同參數(shù)并輸入到計(jì)算模型；
[0015] 設(shè)置配電房設(shè)備布置的不同設(shè)計(jì)方案并獲取不同設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的不同參數(shù)；
[0016] 計(jì)算不同參數(shù)對(duì)配電房溫度場(chǎng)；
[0017] 計(jì)算整個(gè)配電房各設(shè)備的溫度場(chǎng)；
[0018] 存儲(chǔ)不同參數(shù)和與之相對(duì)應(yīng)的配電房溫度場(chǎng)；
[0019] 從不同設(shè)計(jì)方案中選擇配電房整體溫度場(chǎng)最佳的設(shè)計(jì)方案。
[0020] 進(jìn)一步，所述參數(shù)包括風(fēng)機(jī)設(shè)備、場(chǎng)地布置、風(fēng)機(jī)噪聲、設(shè)備與墻壁之間的距離、進(jìn) 風(fēng)口相對(duì)設(shè)備的位置、進(jìn)風(fēng)速度、通風(fēng)量、環(huán)境溫度以及通風(fēng)方式。
[0021] 進(jìn)一步，所述計(jì)算模型采用有限元法對(duì)配電房室內(nèi)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算；以自然進(jìn) 風(fēng)和自然排風(fēng)的自然通風(fēng)冷卻方式，簡(jiǎn)化干式變壓器和開(kāi)關(guān)柜熱源模型，對(duì)配電房室內(nèi)三 維溫度場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。
[0022] 講一步，所沭配電房室內(nèi)單個(gè)設(shè)備的計(jì)筧模型采用如下的穩(wěn)態(tài)熱傳方程描述：
[0023]
⑴
[0024] 式中，
[0025] T--介質(zhì)溫度；
[0026] K 介質(zhì)材料的熱傳導(dǎo)率；
[0027] qv--單位體積生熱率，對(duì)于無(wú)熱原部分，qv= 0。
[0028] 當(dāng)固體介質(zhì)內(nèi)部發(fā)熱使得外表面與外界環(huán)境之間存在溫差時(shí)，固體介質(zhì)外表面與 外界環(huán)境之間存在輻射換熱，輻射換熱采用如下公式描述：
[0029] q=εσ(Τ: (2)
[0030] 式中，
[0031] q--輻射面上輻射傳熱的熱流；
[0032] ε--表面發(fā)射率；
[0033] σ--斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；
[0034] Tw--輻射面表面溫度；
[0035] T〇〇--周?chē)諝鉁囟取?br>[0036] 本發(fā)明還提供了一種小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化系統(tǒng)，應(yīng)用于小區(qū)配電房散熱系統(tǒng)， 其特征在于：所述小區(qū)配電房的散熱優(yōu)化系統(tǒng)包括計(jì)算模型建立模塊、輸入模塊和存儲(chǔ)模 塊；
[0037] 所述計(jì)算模型建立模塊用于建立配電房溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型；
[0038] 所述存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)配電房溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型和計(jì)算數(shù)據(jù)；
[0039] 所述輸入模塊用于輸入配電房溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型的計(jì)算數(shù)據(jù)，以及獲取配電房 中單個(gè)設(shè)備的不同參數(shù)并輸入到計(jì)算模型；
[0040] 所述配電房溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型按照以下步驟進(jìn)行計(jì)算：
[0041] 計(jì)算配電房室內(nèi)單個(gè)設(shè)備；
[0042] 設(shè)置配電房設(shè)備布置的不同設(shè)計(jì)方案并獲取不同設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)的不同參數(shù)；
[0043] 計(jì)算不同參數(shù)對(duì)配電房溫度場(chǎng)；
[0044] 計(jì)算整個(gè)配電房各設(shè)備的溫度場(chǎng)；
[0045] 存儲(chǔ)不同參數(shù)和與之相對(duì)應(yīng)的配電房溫度場(chǎng)；
[0046] 從不同設(shè)計(jì)方案中選擇配電房整體溫度場(chǎng)最佳的設(shè)計(jì)方案。
[0047] 所述參數(shù)包括風(fēng)機(jī)設(shè)備、場(chǎng)地布置、風(fēng)機(jī)噪聲、設(shè)備與墻壁之間的距離、進(jìn)風(fēng)口相 對(duì)設(shè)備的位置、進(jìn)風(fēng)速度、通風(fēng)量、環(huán)境溫度以及通風(fēng)方式。
[0048] 所述計(jì)算模型采用有限元法對(duì)配電房室內(nèi)單個(gè)設(shè)備進(jìn)行計(jì)算；以自然進(jìn)風(fēng)和自然 排風(fēng)的自然通風(fēng)冷卻方式，簡(jiǎn)化干式變壓器和開(kāi)關(guān)柜熱源模型，對(duì)配電房室內(nèi)三維溫度場(chǎng) 進(jìn)行計(jì)算。
[0049] 所述配電房室內(nèi)單個(gè)設(shè)備的計(jì)算模型采用如下的穩(wěn)態(tài)熱傳方程描述：
[0050]
.⑴
[0051] 式中，
[0052] T--介質(zhì)溫度；
[0053] K--介質(zhì)材料的熱傳導(dǎo)率；
[0054] qv--單位體積生熱率，對(duì)于無(wú)熱原部分，qv= 0 ;
[0055] 當(dāng)固體介質(zhì)內(nèi)部發(fā)熱使得外表面與外界環(huán)境之間存在溫差時(shí)，固體介質(zhì)外表面與 外界環(huán)境之間存在輻射換熱，輻射換熱采用如下公式描述：
[0056] q:εσ{Τ)ν - (2)
[0057] 式中，
[0058] q--輻射面上輻射傳熱的熱流；
[0059] ε--表面發(fā)射率；
[0060] 0--斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)；
[0061] Tw--輻射面表面溫度；
[0062] T①--周?chē)諝鉁囟取?br>[0063] 由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0064] 本發(fā)明提供的一種小區(qū)配電房的優(yōu)化散熱分析方法，對(duì)于小區(qū)配電房，為了保證 配電房?jī)?nèi)電氣設(shè)備在適宜的溫度下安全、可靠運(yùn)行，需要對(duì)配電房的溫度場(chǎng)及其散熱進(jìn)行 研究。因此，通過(guò)基于有限元法的配電房溫度場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，并計(jì)算分析不同參數(shù)對(duì)配電房溫 度場(chǎng)的影響，進(jìn)而進(jìn)行了配電房通風(fēng)散熱方案設(shè)計(jì)?；跀?shù)值傳熱學(xué)基本方程，通過(guò)居民小 區(qū)配電房?jī)?nèi)干式變壓器與開(kāi)關(guān)柜的溫度場(chǎng)控制方程及邊界條件。從單個(gè)干式變壓器與開(kāi)關(guān) 柜溫度計(jì)算模型出發(fā)，到居民小區(qū)配電設(shè)備的發(fā)熱問(wèn)題。根據(jù)干式變壓器與開(kāi)關(guān)柜溫度場(chǎng) 的計(jì)算結(jié)果，建立了居民小區(qū)配電房溫度場(chǎng)計(jì)算模型，并計(jì)算分析了居民小區(qū)配電房溫度 場(chǎng)。通過(guò)設(shè)備與墻壁間的距離、進(jìn)風(fēng)口相對(duì)位置、進(jìn)風(fēng)速度、環(huán)境溫度、通風(fēng)方式等因素對(duì)居 民小區(qū)配電房溫度場(chǎng)的影響規(guī)律。通過(guò)對(duì)居民小區(qū)配電房溫度場(chǎng)的計(jì)算，充分考慮通風(fēng)量、 場(chǎng)地布置、風(fēng)機(jī)噪聲、通風(fēng)機(jī)選型等各方面的影響。進(jìn)行了居民小區(qū)配電房通風(fēng)散熱的實(shí)例 設(shè)計(jì)。
[0065] 為了保障供配電可靠進(jìn)行，由于夏季高溫酷暑天氣持續(xù)很久，居民用電需求大且 對(duì)穩(wěn)定運(yùn)行要求迫切?，F(xiàn)在重慶居民小區(qū)配電房，在夏季高溫期，常采用一天24小時(shí)開(kāi)空 調(diào)的辦法保障輸配電設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，這也造成了很大的能源浪費(fèi)。而不進(jìn)行空調(diào)開(kāi) 放時(shí)段，又容易因?yàn)樯嵬L(fēng)的設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致電力系統(tǒng)運(yùn)行故障。研究重慶居民小區(qū)配電 房的散熱問(wèn)題，具體而言就是小區(qū)配電房中研究得到配電房的優(yōu)化散熱方案，可以大幅降 低具名小區(qū)配電房的能耗，節(jié)約能源和資源，提高電網(wǎng)的安全運(yùn)行，這對(duì)重慶建設(shè)資源節(jié)約 型