一种变电站主变室散热降噪设计方法和系统与流程

1.本发明涉及变电站技术领域，具体而言，涉及一种变电站主变室散热降噪设计方法和系统。


背景技术：

2.随着城市现代化进程的不断发展，越来越多的居民导致用电负荷增加，这使得户内变电站的建立变得尤为重要。然而，在用电高峰期时，户内变电站的负荷重，主变压器的发热情况严重影响安全运行。工作人员为了更好的通风散热，通常采用打开主变室门窗的方式。但这种做法带来安全隐患的同时，容易将变压器等设备噪声传到室外影响居民生活。一般仅仅采用增大进风口和提高风机功率的做法不仅引起噪声增大，也会导致能耗增加，且风机设备并不能根据主变室内温度灵活控制输出功率大小，既不能在温度变高时及时调整散热设备的功率也会在温度较低时造成能源浪费。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的主变室发热严重散热性能差，随着负荷的增加没有良好的通风系统进行散热影响设备运行，且散热设备不能根据主变室内温度灵活控制输出功率大小的技术问题。
4.为此，本发明第一方面提供了一种变电站主变室散热降噪设计方法。
5.本发明提供了一种变电站主变室散热降噪设计方法，包括以下步骤：
6.s1、考虑远期规划，获取主变室内各类电气设备的规划容量，计算主变室内发热量；
7.s2、建立温度梯度函数与导热材料参数之间的函数关系；
8.s3、按照电气设备安全规程要求，选择导热材料，计算所需导热材料的面积和厚度；
9.s4、选择合适功率的散热设备，对导热材料进行散热，并对散热设备进行降噪处理；
10.s5、根据s3获取的导热材料的面积和厚度，建立散热设备实时功率与导热时间的函数关系，使散热设备根据主变室内设备温度自动控制输出功率大小。
11.根据本发明上述技术方案的一种变电站主变室散热降噪设计方法，还可以具有以下附加技术特征：
12.进一步地，所述电气设备包括变压器、母线、电缆、电抗器、高低压盘柜和照明设备，主变室发热量计算方法如下：
13.qz＝k
·
∑q＝k(qb+qm+q
l
+qk+qd+q
zm
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；
14.其中：qb为变压器发热量，qm为母线发热量，q
l
为电缆发热量，qk为电抗器发热量，qd为高低压盘柜发热量，q
zm
为照明设备发热量，k为设计裕度系数。
15.进一步地，温度梯度函数与导热材料参数之间的函数关系如下：
[0016][0017]
其中：t为导热时间，λ为导热材料的导热系数，a为导热材料的面积，i为导热材料的厚度，t2和t1分别为主变室内和主变室外的温度。
[0018]
进一步地，s3中导热材料的面积和厚度的计算方法如下：
[0019][0020]
进一步地，s5中散热设备实时功率与主变室内设备温度的函数关系如下：
[0021]
pw＝t(αλatz/i)+β
ꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0022]
其中，α为正反馈系数，β为修正量，tz为主变室内设备温度。
[0023]
本发明第二方面提供了一种变电站主变室散热降噪系统。
[0024]
本发明提供了一种变电站主变室散热降噪系统，用于上述一种变电站主变室散热降噪设计方法，包括：导热结构、通风结构，所述导热结构设于主变室内，所述导热结构通过通风结构与室外环境连接，所述主变室设置降噪结构，所述降噪结构用于降低主变室内设备及通风结构产生的噪声，所述导热结构包括导热片，所述导热片与通风结构连接。
[0025]
在该技术方案中，使用变电站主变室散热降噪设计方法中选用的导热材料，计算主变室所需导热材料的面积，利用该导热材料作为导热片吸收主变室内热量，导热片与通风结构相连，利用通风结构带走导热片上的热量，导热片选用导热性能好的材料，如铜、铝合金等，在导热片刷涂绝缘涂料，避免产生感应电压，或直接采用绝缘且导热性良好的材料制作导热片，降噪结构可有效屏蔽主变室内设备和通风机构产生的噪音。
[0026]
在上述技术方案中，所述通风结构包括入风口、通风管道和离心风机，所述入风口设于主变室墙壁，所述通风管道设于主变室内，所述通风管道设有进风口，所述离心风机设置于主变室外侧，所述离心风机与通风管道相连。
[0027]
在该技术方案中，通风管道可均匀布置于主变室内部空间上方，使设置在通风管道上的导热片与主变室内空气充分接触，通风管道上可开有多个间隔均匀的进风口，保证快速带走传导至导热片上的热量，入风口的设置可以提高传热效率，在离心风机的作用下使外部低温快速进入室内，提高空气流动性，离心风机的选取需根据室内面积大小及实施例中计算的发热效率选用功率匹配的离心风机。
[0028]
在上述技术方案中，所述导热片沿通风管道周向设置。
[0029]
在该技术方案中，导热片环装于通风管道，进一步提高接触面积，保证充分接触。
[0030]
在上述技术方案中，所述降噪结构包括隔离室和风口降噪部，所述隔离室与主变室相邻设置，所述离心风机设置于隔离室内，所述隔离室包括隔音壁面和第一消音百叶窗，所述风口降噪部与入风口连接，所述风口降噪部包括第二消音百叶窗，所述进风口和离心风机出口处设有滤网。
[0031]
在该技术方案中，与通风管道相连的离心风机置于主变室外侧上方的隔离室内，隔离室的隔音壁面由多孔多纤维的隔音材料制成，吸收离心风机工作时产生的噪声，离心风机通过消音百叶窗与外部环境空气进行交换，使离心风机的噪音影响降至最低，设置于主变室墙壁的入风口上设置消音百叶窗，减少室内设备运行对外部的噪声影响，设置滤网可防止杂质进入通风管道和离心风机，避免管道堵塞或杂物损坏风机的情况发生。
[0032]
在上述技术方案中，主变室内设备设置温度传感器，所述离心风机设置自动控制
模块，所述自动控制模块包括温度控制继电器和调节控制模块，所述温度传感器与温度控制继电器无线连接，所述温度控制继电器与调节控制模块连接。
[0033]
在该技术方案中，当主变室内设备运行时，温度传感器通过无线传输方式将温度值发送至温度控制继电器，温度控制继电器将信号传递给调节控制模块，调节控制模块利用s5中散热设备实时功率与主变室内设备温度的函数关系控制离心风机的输出功率，导热时间的设定与s3中选取导热材料面积的导热时间相同，保证离心风机能够及时将通风管道内部的热量带走。
[0034]
具体工作过程为，当离心风机启动时，冷空气从主变室的侧面入风口进入室内，接着与主变室内设备工作时产生的热量进行热交换变为热空气，热空气上升由通风管道外侧的导热片传导热量降低室温；导热片将热量传递到管道本身，再由离心风机将室内空气由进风口抽入风道，同时管道内空气带走热量排出管道完成整个主变室的降温散热。
[0035]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：提供了一种变电站散热降噪设计的方法，通过计算，合理设计变电站的散热降噪方式，避免发生容量不够影响设备运行或者容量过高导致散热降噪系统能力过盛，考虑远期设备扩容，预留足够容量，根据实际环境情况设计，有效提高了变电站主变室散热降噪性能。
[0036]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0037]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0038]
图1是本发明一个实施例的一种变电站主变室散热降噪设计方法的流程图；
[0039]
图2是本发明一个实施例的一种变电站主变室散热降噪系统的结构图；
[0040]
图3是本发明一个实施例的一种变电站主变室散热降噪系统中通风管道的结构图；
[0041]
图4是本发明一个实施例的一种变电站主变室散热降噪系统中自动控制模块的运行流程图。
[0042]
其中，图1至图3中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
[0043]
1、导热片；2、入风口；3、通风管道；4、离心风机；5、进风口；6、隔离室；7、风口降噪部；8、隔音壁面；9、第一消音百叶窗；10、第二消音百叶窗；11、温度传感器；12、温度控制继电器；13、调节控制模块。
具体实施方式
[0044]
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0045]
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0046]
下面参照图1至图3来描述根据本发明一些实施例提供的一种变电站主变室散热降噪设计方法。
[0047]
本技术的一些实施例提供了一种变电站主变室散热降噪设计方法。
[0048]
如图1至图3所示，本发明第一个实施例提出了一种变电站主变室散热降噪设计方法，包括以下步骤：
[0049]
s1、考虑远期规划，获取主变室内各类电气设备的规划容量，计算主变室内发热量；
[0050]
所述电气设备包括变压器、母线、电缆、电抗器、高低压盘柜和照明设备，主变室发热量计算方法如下：
[0051]
qz＝k
·
∑q＝k(qb+qm+q
l
+qk+qd+q
zm
)
ꢀꢀꢀ
(1)；
[0052]
其中：qb为变压器发热量，qm为母线发热量，q
l
为电缆发热量，qk为电抗器发热量，qd为高低压盘柜发热量，qz为照明设备发热量，k为设计裕度系数。
[0053]
在计算主变室总发热量时，使用最坏值计算方法，既考虑所有设备均为满负荷运行状态，并考虑短路电流引起的发热量。本发明中的室内变压器采用水冷变压器，则变压器发热量为：
[0054]
qb＝5.5
×
(t
y-tn)
1.25s×
10-3
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)；
[0055]
其中：ty为油箱的平均油温，通常取值为65-70℃；tn为室内气温；s为油箱的散热面积。
[0056]
母线发热量包括母线的功率损耗和外壳感应散热两部分：
[0057][0058]
其中：i为母线的相电流，rz为母线在工作温度时的直流电阻，rk为母线外壳在工作温度时的直流电阻，φs为母线集肤效应系数，φk为母线外壳集肤效应系数，l为母线的长度。
[0059]
主变室内其余电缆长度较短，其发热量可以忽略不计，但依照最坏值计算方法，可在设计裕度系数中加0.05～0.1作为电缆发热量的影响。
[0060]
电抗器的发热量：
[0061]
qk＝η1η2p
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)；
[0062]
其中，η1为电抗器的利用系数，通常取值为0.95；η2为电抗器的负荷系数，通常取值为0.75；p为电抗器在额定功率下的功率损耗。
[0063]
高压开关柜将进线开关柜和馈电开关柜发热量视为相等合并计算，则高低压盘柜的发热量为：
[0064][0065]
其中，ig为高压开关的工作电流，ie为高压开关的额定电流，qe为高压开关在额定电流下的散热量，e为盘柜的利用系数，x为盘柜的实耗系数，∑p为低压盘柜的功率损耗之和。
[0066]
照明设备的发热量为：
[0067]qzm
＝n1n
ꢀꢀꢀꢀ
(6)；
[0068]
其中n1为镇流器消耗的功率系数，通常取1.2，n为照明灯具功率。
[0069]
s2、建立温度梯度函数与导热材料参数之间的函数关系；
[0070]
温度梯度函数与导热材料参数之间的函数关系如下：
[0071][0072]
其中：t为导热时间，λ为导热材料的导热系数，a为导热材料的面积，i为导热材料的厚度，t2和t1分别为主变室内和主变室外的温度。
[0073]
s3、按照电气设备安全规程要求，选择导热材料，计算所需导热材料的面积和厚度；
[0074]
s3中导热材料的面积和厚度的计算方法如下：
[0075][0076]
将厚度近似为1进行计算所需导热材料的面积。
[0077]
s4、选择合适功率的散热设备，对导热材料进行散热，并对散热设备进行降噪处理；
[0078]
s5、根据s3获取的导热材料的面积和厚度，建立散热设备实时功率与导热时间的函数关系，使散热设备根据主变室内设备温度自动控制输出功率大小。s5中散热设备实时功率与主变室内设备温度的函数关系如下：
[0079]
pw＝t(αλatz/i)+β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)；
[0080]
其中，α为正反馈系数，β为修正量，tz为主变室内设备温度，在本实施例中可将主变压器温度近似为主变室内设备温度。
[0081]
本发明第二个实施例提出了一种变电站主变室散热降噪系统，且在第一个实施例的基础上，如图1至图3所示，包括：导热结构、通风结构，所述导热结构设于主变室内，所述导热结构通过通风结构与室外环境连接，所述主变室设置降噪结构，所述降噪结构用于降低主变室内设备及通风结构产生的噪声，所述导热结构包括导热片1，所述导热片1与通风结构连接。
[0082]
在本实施例中，使用实施例1中选用的导热材料，计算主变室所需导热材料的面积，利用该导热材料作为导热片1吸收主变室内热量，导热片1与通风结构相连，利用通风结构带走导热片1上的热量，导热片1选用导热性能好的材料，如铜、铝合金等，在导热片1刷涂绝缘涂料，避免产生感应电压，或直接采用绝缘且导热性良好的材料制作导热片1，降噪结构可有效屏蔽主变室内设备和通风机构产生的噪音。
[0083]
本发明第三个实施例提出了一种变电站主变室散热降噪设计方法，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图3所示，所述通风结构包括入风口2、通风管道3和离心风机4，所述入风口2设于主变室墙壁，所述通风管道3设于主变室内，所述通风管道3设有进风口5，所述离心风机4设置于主变室外侧，所述离心风机4与通风管道3相连。
[0084]
在本实施例中，通风管道3可均匀布置于主变室内部空间上方，使设置在通风管道3上的导热片1与主变室内空气充分接触，通风管道3上可开有多个间隔均匀的进风口5，保证快速带走传导至导热片1上的热量，入风口2的设置可以提高传热效率，在离心风机4的作用下使外部低温快速进入室内，提高空气流动性，离心风机4的选取需根据室内面积大小及实施例中计算的发热效率选用功率匹配的离心风机4。
[0085]
本发明第四个实施例提出了一种变电站主变室散热降噪设计方法，且在上述任一
实施例的基础上，如图1至图3所示，所述导热片1沿通风管道3周向设置。
[0086]
在本实施例中，如图3所示，导热片1环装于通风管道3，可沿通风管道3轴向的多个周向同时设置导热片，进一步提高接触面积，保证充分接触，同时减小单个导热片的体积。
[0087]
本发明第五个实施例提出了一种变电站主变室散热降噪设计方法，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图3所示，所述降噪结构包括隔离室6和风口降噪部7，所述隔离室6与主变室相邻设置，所述离心风机4设置于隔离室6内，所述隔离室6包括隔音壁面8和第一消音百叶窗9，所述风口降噪部7与入风口2连接，所述风口降噪部7包括第二消音百叶窗10，所述进风口5和离心风机4出口处设有滤网。
[0088]
在本实施例中，与通风管道3相连的离心风机4置于主变室外侧上方的隔离室6内，隔离室6的隔音壁面8由多孔多纤维的隔音材料制成，吸收离心风机4工作时产生的噪声，离心风机4通过第一消音百叶窗9与外部环境空气进行交换，使离心风机4的噪音影响降至最低，设置于主变室墙壁的入风口2上设置第二消音百叶窗10，减少室内设备运行对外部的噪声影响，设置滤网可防止杂质进入通风管道3和离心风机4，避免管道堵塞或杂物损坏风机的情况发生。
[0089]
本发明第六个实施例提出了一种变电站主变室散热降噪设计方法，且在上述任一实施例的基础上，如图1至图3所示，主变室内设备设置温度传感器11，所述离心风机4设置自动控制模块，所述自动控制模块包括温度控制继电器12和调节控制模块13，所述温度传感器11与温度控制继电器12无线连接，所述温度控制继电器12与调节控制模块13连接。
[0090]
在本实施例中，当主变室内设备运行时，温度传感器11通过无线传输方式将温度值发送至温度控制继电器12，温度控制继电器12将信号传递给调节控制模块13，调节控制模块13利用s5中散热设备实时功率与主变室内设备温度的函数关系控制离心风机4的输出功率，导热时间的设定与s3中选取导热材料面积的导热时间相同，保证离心风机4能够及时将通风管道3内部的热量带走。
[0091]
具体工作过程为，当离心风机4启动时，冷空气从主变室的侧面入风口2进入室内，接着与主变室内设备工作时产生的热量进行热交换变为热空气，热空气上升由通风管道3外侧的导热片1传导热量降低室温；导热片1将热量传递到管道本身，再由离心风机4将室内空气由进风口5抽入风道，同时管道内空气带走热量排出管道完成整个主变室的降温散热。
[0092]
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。