[发明专利]一种Box-in结构换流变压器通风结构的优化设计方法及系统

说明书

本发明属于变电站设备技术领域，公开了一种Box‑in结构换流变压器通风结构的优化设计方法，包括建模、设置热流场仿真控制方程参数并分次求解，优化设计等步骤。该方法通过计算箱式结构室内的温度分布和空气流速分布，反映通风空气的流动及散热效果，进而指导换流变压器通风结构的优化设计。本发明还提供了一种包括存储有上述方法程序的非暂态可读记录媒体及处理电路构成的系统，通过处理电路可以调用该程序，以执行上述方法，完成换流变压器通风结构的优化设计。本发明另提供通过上述优化设计方法设计的Box‑in结构及包含该结构的换流变压器。

技术领域

本发明属于变电站设备技术领域，具体公开了一种Box-in结构换流变压器通风结构的优化设计方法及系统。

背景技术

换流变压器的直流偏磁等问题导致铁芯磁致伸缩，因此产生的低频噪音大。普遍采用Box-in降噪的方法，而Box-in降噪装置的安装对换流变压器散热和其温度分布特性的影响如何，是日趋受到关注的问题。Box-in降噪装置借助换流变压器防火墙结构对换流变压器本体进行封闭式隔声，在Box-in顶部、前部均安装吸声板，对换流变压器的降噪效果明显。但是，换流变压器在运行过程中必然存在损耗，主要包括空载损耗和负载损耗，两者之和为换流变压器的总热量。换流变压器的热量一部分通过换流变压器的冷却器排出，另一部分热量通过换流变压器壳体散发。由于安装Box-in结构的换流变压器(又称为Box-in结构换流变压器)多采用导热系数较低的玻璃丝绵进行降噪，Box-in结构的存在势必会减弱换流变压器本体的散热。因此，对于Box-in结构的换流变压器，需要有针对性地进行对其温度分布进行计算分析，进而准确地反映通风空气的流动及散热效果，再根据收集的上述信息，对通风口的形状、大小、位置进行优化设计，从而有效管控换流变压器的温升。

目前，对Box-in结构换流变压器的散热优化还停留在用人工选点去获得通风的各项数据，再带入经验公式计算，工作繁琐，得出的数值存在一定的偏差，改造效果也不符合节能降耗的要求。

发明内容

为了解决现有技术在对Box-in结构换流变压器通风结构进行优化设计的不足，本发明提供了一种Box-in结构换流变压器通风结构的优化设计方法，包括以下步骤：

S1:构建Box-in结构换流变压器的几何模型；

S2:基于所述几何模型构建热流场仿真控制方程，并设置所述方程中的材料热特性参数；

S3:基于历史经验调整所述几何模型中所述换流变压器通风结构的以下至少一种参数：尺寸、形状、位置，代入所述方程，分次求解所述换流变压器各区域热流场状态值；

S4:对比分析多次求解出的所述各区域热流场状态值，确定优化的所述几何模型中所述通风结构的以下至少一种参数：尺寸、形状、位置。

这种设计方式能够通过模型直观地反映通风结构中热流状态与物理结构设置的关系，方便实时通过调整结构获得相应的热流状态值用于分析，确定优化设计方案，避免了人工选点方式所带来的工作量大、效率低、失真度高的缺陷。

优选的，所述几何模型包括所述通风结构的百叶风口模型和冷却器模型，不包括换流变压器本体上的套管模型和油枕部件模型，所述百叶风口模型为矩形开口，所述冷却器模型设置成具有液流入口与出口的虚拟容器。

这种近似处理的方式去粗取精，后续计算忽略掉关联性不大的结构，减少了程序运算的时间，进一步提升了效率。

优选的，步骤S1中对绕组部位通过扫掠方式进行网格剖分，获得三棱柱形剖分单元。对于绕组这种特定的几何形状，用扫掠方式进行网格剖分，在精确度不变的前提下，获得三棱柱形剖分单元的数量要少于常规剖分的四面体网格单元数量，因而起到了数据压缩的效果。

优选的，步骤S2中基于系统质量、动量和能量守恒的原理构建热流场仿真控制方程。

这种构建方式能更贴近热力场中各要素的物理特性，因而仿真度更高。