专利名称：预装式变电站通风口的计算机辅助设计方法
技术领域：
本发明涉及的是预装式变电站通风口的计算机辅助设计方法。
技术背景图1是现有技术预装式变电站上盖和箱体分离状态的主视图；图2是图 l的左视图；图3是图1中A-A向视图。如图1至图3所示，现有技术预装式变电站的结构主要包括上盖1;箱体2;位于箱体2内的变压器室4;在变压器室4的前后两侧分别设置有变压器室门15;在变压器室4内底部的底托40上支撑变压器11;设置在变 压器室4左右两侧分别是低压室3和高压室5;在箱体2前后两侧的上横梁 8上设置有顶檐通风槽7和侧出风口 9;在箱体2左右两侧的侧横梁16上设 置有顶檐通风槽17;在变压器室底托40近似中心部位上有底进风口 10。随着城市土地资源日趋紧张，为节约占地面积和美化环境，小型化预装 式变电站和地埋预装式变电站(包括浅埋式预装式变电站)的设计制造迅速 成为预装式变电站设计的发展方向。随着预装式变电站体积的减小，为保证 预装式变电站具有良好的通风散热，通风口成了设计的关键，即在确保有足 够通风面积的前提下，实现预装式变电站小型化。目前人工计算通风口面积 和位置不仅繁琐，工作量大，准确度差的缺陷。 发明内容本发明目的在于克服上述技术的不足，提供一种利用仿真计算标准软件 模拟出预装式变电站的三维立体模型通风结构，通过计算机反复计算，实现 预装式变电站尺寸小，通风散热效果最佳的预装式变电站通风口的计算机辅 助设计方法。解决上述技术问题的技术方案是 一种预装式变电站通风口的计算机辅 助设计方法，包括以下步骤(1) .在使用的计算机上安装Ic印ak仿真计算标准软件；(2) .设定预装式变电站变压器室内的变压器作为发热源；(3) .在三维空间坐标系内，采用Ic印ak仿真计算标准软件，按照现有技术预装式变电站结构、变压器的位置，在计算机上建立等效预装式变电站三维立体模型图，在该三维立体模型图上建立出风口、进风口；(4) .在Ic印ak仿真计算标准软件中设定预装式变电站箱体及其内部隔 板热物性参数；(5) .根据变压器的容量，在等效预装式变电站三维立体模型图上建立 变压器模型；(6) .根据上述箱体及其内部隔板热物性参数、变压器容量、出风口和 增设进风口，反复计算在进风口面积不同情况下的预装式变电站变压器室内 的温度，按照温度修改进风口的面积，使其温度达到设计要求。本发明的有益效果是本发明在计算机上拟借仿真计算标准软件完成设 计，能够设计出自然通风面积最大、通风口位置最佳和内部元器件布置更合 理的预装式变电站。本发明能够实现，在预装式变电站尺寸最小的情况下， 实现通风散热效果好、减小其内部温升；本发明为预装式变电站的设计提供 有力的技术依据，设计出具有合理通风效果的新型预装式变电站。本发明设计速度快、计算准确，降低劳动强度，减少设计成本，提高设 计方案的成功率。另外，根据国家标准编号为GB/T17467-1998;名称为 《高压/低压预装式变电站》的规定，预装式变电站的外壳级别达到10以内， 即为通风散热效果最好。本发明的预装式变电站经过检测，该预装式变电站 外壳级别达到5，其通风散热效果较好的符合国家规定的标准。
图1是现有技术预装式变电站上盖和箱体分离状态的主视图； 图2是图1的左视图；图3是图1中A-A向视图；图4是本发明使用Ic印ak仿真计算标准软件在计算机上设立等效的预 装式变电站的三维立体模型图； 图5是图4的主视图； 图6是图5的左视图；图7是图5的B-B向、见图；图8是本发明使用Ic印ak仿真计算标准软件计算后，显示预装式变电 站变压器室内温度的三维立体模型图。 《附图中主要序号的说明》1: 上盖 5:高压室 8:上横梁 13:立柱 16:侧横梁4:变压器室 7、 17、 27:顶檐出风口 12:隔板 15:变压器室门 40:变压器室底托2:箱体 3:低压室6a、 6b、 9:侧出风口 11:变压器 14:高压室门18a、 18b:下进风口 10、 41a、 41b、 41c底进风口具体实施方式
图4是本发明使用Ic印ak仿真计算标准软件在计算机上设立等效的预 装式变电站的三维立体模型图；图5是图4的主视图；图6是图5的左视图； 图7是图5的B-B向视图；图8是本发明使用Ic印ak仿真计算标准软件计 算后，显示预装式变电站变压器室内温度的三维立体模型图。本发明提供一种预装式变电站通风口的计算机辅助设计方法，该方法包 括以下步骤(1).在使用的计算机上安装Ic印ak仿真计算标准软件； 设计前，先在辅助设计中使用的计算机上安装Ic印ak仿真计算标准软 件。本实施例使用的软件版本为Ic印ak4.0;计算机的操作系统为windowsXP，内存使用空间为512M以上。(2) .设定预装式变电站变压器室内的变压器作为发热源；实践中，预装式变电站的热源主要来自变压器，低压室和高压室内部的 元器件的发热量与变压器相比，差距非常大。因此本发明只考虑变压器室内 的变压器作为发热源，其他电器元件，忽略不计。(3) .在三维空间坐标系内，采用Ic印ak仿真计算标准软件，按照现有 技术预装式变电站的结构、变压器的位置，在计算机上建立等效预装式变电 站三维立体模型图，在该三维立体模型图上建立出风口、进风口，如图4所 示，具体设计步骤是① .首先确定变压器的容量为630kVA;根据该变压器的容量设定预装式 变电站长宽高的轮廓尺寸，设计原则是在满足元器件摆放间距的前提下，尽 量小型化，本实施例预装式变电站轮廓尺寸为3mx2mx2m，现有技术的尺寸为 3. 4mx2. 6 mx2. 8 m。就相同容量变压器的预装式变电站的轮廓尺寸相比，本 发明预装式变电站的轮廓尺寸明显小于现有技术。② .在计算机上使用Ic印ak仿真计算标准软件设立xyz三个方向的坐 标，在xyz坐标上确定上述己确定的轮廓尺寸，建立预装式变电站的立体结 构三维立体模型图；③ .在上述三维立体模型图上建立如下出风口在箱体2前后两侧的上横梁8上设置顶檐通风槽27，该顶檐通风槽27 的面积是在现有技术顶檐通风槽7基础上扩大了 1倍；b.将现有技术中箱体2前后两侧的上横梁8上原侧出风口 9的位置变更 到变压器室门15上，变更后的侧出风口 6a、 6b的面积是将原侧出风口 9 面积扩大了 3.5倍；④ .在上述三维立体模型图上增加如下进风口a.在变压器室门15的下部增加下进风口 18a、 18b，该下进风口面积近似侧出风口6a、 6b的面积；b.在变压器室底托40上扩大原底进风口 10的面积，本发明中的底进风 口 41a、 41b、 41c的面积是将原底进风口 10的面积扩大了 1倍，底进风口 41a、 41b、 41c的形状是从原底进风口 IO的四边向外侧延伸，呈十字型；(4) .在Ic印ak仿真计算标准软件中设定预装式变电站箱体及其内部隔 板热物性参数；① .在lc印ak仿真计算标准软件中的三维立体模型中设定箱体2热物性 的参数和厚度在箱体材料选项中选择水泥；将所选用水泥的热物性参数(即，密度、 比热、导热系数)值输入到软件中备用；维持现有技术箱体的厚度不变；② .在Ic印ak仿真计算标准软件中设定箱体2外表面涂覆材料的热物 性参数实践中考虑到箱体2外表涂覆一定材料，在箱体外表涂覆的材料选项中 选择油漆；将所选用的油漆的热物性参数(即，表面发射率、传热系数、 视角因数)值输入到软件中备用；③ .在Ic印ak仿真计算标准软件中对隔板属性的设定-在Ic印ak仿真计算标准软件中选择隔板12属性为绝热的薄板；因此在 本发明中不考虑热传递，只考虑热辐射；在Ic印ak仿真计算标准软件中的隔板属性的选项中选择隔板的前表 面辐射选项是对所有物体；隔板的后表面辐射选项是对所有物体；本发明设定预装式变电站箱体及其内部隔板热物性参数的目的是使模 拟的预装式变电站和实际的预装式变电站更接近。(5) .根据变压器的容量，在等效预装式变电站三维立体模型图上建立 变压器模型；①.根据上述选定变压器11的容量是630kVA (即功率为7040W)和该变压器的外形尺寸，在Ic印ak仿真计算标准软件中设定一个与该变压器相同外形尺寸的金属块，在金属块的属性里面的功率选用和所述变压器功率一致，为7040W;该金属块选择为铜材质；② .将上述选好后的的金属发热体放置在图4中的预装式变电站三维立体模型图的变压器室4内；③ .在Ic印ak仿真计算标准软件中设定变压器11外表面涂覆材料的热 物性参数；在变压器11外表涂覆材料选项中选择油漆；设置油漆的热物性参数 (表面发射率、传热系数、视角因数)； .在图4的三维立体模型图中设定变压器的散热片 因变压器本身带散热片，为使本发明接近实际使用状况，在所述三维立 体模型图中设定散热片；并在Ic印ak仿真计算标准软件中设定散热片属性: 散热片位置、厚度和尺寸的设定同于实际变压器散热片的位置、厚度和尺寸;(6).根据上述箱体及其内部隔板热物性参数、变压器容量、出风口和 增设的进风口，反复计算在进风口面积不同情况下的预装式变电站变压器室 内的温度，按照温度修改进风口的面积，使其温度达到设计要求。 对预装式变电站进风口的面积做如下计算 (一)、在Ic印ak仿真计算标准软件中选择如下参数① .计算时间的选择选择连续计算；② .选择有气流、有温度、有辐射；③ .气流团的选择湍流模型；在湍流模型里面选择两方程进行计算;④ .重力因子的选择选择Y方向上为-9.8m/s2;需要说明的是考虑到重力加速度的因素，选择Y方向上为-9.8m/V;⑤ 环境温度的选择20摄氏度； (D流体的选择空气；⑦计算叠加次数的选择反复计算的次数为1500次；(二) 、在Ic印ak仿真计算标准软件中划分网格将图4中三维立体模型的预装式变电站箱体内部空间划分成若干规则的 小格，x方向最大值选择为O. 15; y方向最大值选择为O. 1; z方向最大值选择为0.1;(三) 、利用Ic印ak仿真计算标准软件进行计算① .打开Ic印ak仿真计算标准软件中的计算结果输出菜单；在此菜单中 输入本计算名称，该计算名称可以任意设定，本实施例设定计算名称为 1-1-temp20;② .在上述菜单中选择确定，Ic印ak仿真计算标准软件自动计算； 在结果输出菜单中选择此次计算的名称，即可看到如图8所示的三维立体模型的预装式变电站箱体内部空间，在该图8的右上角有显示温度高低的 色块，色块中红一绿一蓝三个不同颜色的区域依次显示高一中一低温度。在图8中变压器的位置上显示出垂直变压器室底托40的一个切面； 在该切面上显示出红一绿一蓝三个不同颜色的区域；根据该切面上显示颜色 的面积和右上角的色块进行比对，判断变压器室内温度处于高、中、低温度 的状态；(D.反复修改进风口的面积，再按照上述步骤，完成新的辅助设计 首先，修改底进风口 41a、 41b、 41c的面积，按照上述步骤反复计算 变压器室内的温度，在底板40能满足支撑变压器的要求下，选择不同组合 的底进风口面积和位置，反复计算，使图8中变压器位置切面上显示温度最 低的设计方案，作为理想的设计方案；其次，修改下进风口 18a、 18b的面积，按照上述步骤反复计算变压器 室内的温度，在底板40能满足支撑变压器的要求下，选择不同组合的底进 风口面积和位置，反复计算，使图8中变压器位置切面上显示温度最低的设计方案，作为理想的设计方案。
权利要求
1.一种预装式变电站通风口的计算机辅助设计方法，其特征在于，包括以下步骤(1).在使用的计算机上安装Icepak仿真计算标准软件；(2).设定预装式变电站变压器室内的变压器作为发热源；(3).在三维空间坐标系内，采用Icepak仿真计算标准软件，按照现有技术预装式变电站结构、变压器的位置，在计算机上建立等效预装式变电站三维立体模型图，在该三维立体模型图上建立出风口、进风口；(4).在Icepak仿真计算标准软件中设定预装式变电站箱体及其内部隔板热物性参数；(5).根据变压器的容量，在等效预装式变电站三维立体模型图上建立变压器模型；(6).根据上述箱体及其内部隔板热物性参数、变压器容量、出风口和增设进风口，反复计算在进风口面积不同情况下的预装式变电站变压器室内的温度，按照温度修改进风口的面积，使其温度达到设计要求。
全文摘要
本发明公开一种预装式变电站通风口的计算机辅助设计方法，包括以下步骤在计算机上安装Icepak仿真计算标准软件；设定变压器为发热源；在计算机上建立等效预装式变电站三维立体模型图；在Icepak仿真计算标准软件中设定箱体及内部隔板热物性参数；根据变压器容量，在三维立体模型图上建立变压器模型；根据箱体及内部隔板热物性参数、变压器容量、出风口和增设进风口，反复计算变压器室内温度，按照温度修改进风口的面积，使其温度达到设计要求。本发明有益效果是设计速度快、计算准确，降低劳动强度，减少设计成本，提高设计方案的成功率。能够设计出自然通风面积最大、通风口位置最佳和内部元器件布置更合理的预装式变电站。
文档编号G06F17/50GK101303707SQ200810053740
公开日2008年11月12日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者刘弘靖, 婕 张, 张善鸿, 强 李, 李景云, 奡 杨, 王侨举, 王文强, 岱 石, 锋 肖, 伟 董, 赵冠桥, 蔷 郭, 陈甲波, 顾德明, 黑锦惠 申请人:天津市三源电力设备制造有限公司