一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法与流程

本发明属于新能源，涉及一种海上升压站的布置方法。

背景技术：

1、海上风电凭借海风资源的稳定性和发电功率大的特点，近年来发展迅速。为了达成海上风电平价上网的目的，降本增效是海上风电发展的必由之路。海上升压站作为海上风电场的重要组成部分，建设复杂，成本高昂，是制约海上风电开发和利用的关键。因此，通过优化海上升压站的设计，降低海上升压站平台面积，可大大降低海上升压站的开发成本。

2、目前海上升压站在总体布置上采用主变置于室内和散热器置于室外露台的分体式安装布置原则。随着海上风电开发容量的增大，主变容量及其散热需求随之增加，相应地，主变散热器数量和体积增大，占据了海上升压站一层较大的室外空间和面积，导致海上升压站平台面积难以降低。此外，散热器水平布置于室外露台时，散热器底部的空气流通受到一定的限制，不利于散热器与空气对流散热。

技术实现思路

1、为解决背景技术中所述的问题，本发明提供一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法。

2、本发明的技术方案包括以下步骤：

3、步骤一、根据海上升压站主变压器容量及外轮廓尺寸，确定主变散热装置的片式散热器的单元盒宽b、单元盒间距d和单元盒数量n；

4、步骤二、建立变压器-散热器垂直布置几何模型，通过fluent软件分析得到变压器温度与片式散热器中心高度的变化关系曲线；

5、步骤三、采用数值拟合方法得到主变压器温度与散热器高度函数解析表达式，确定片式散热器的垂直布置最优中心高度；

6、步骤四、按照片式散热器的垂直布置最优中心高度，采用壁挂安装方式将片式散热器布置于海上升压站一层的外墙上。

7、进一步地，所述步骤一中，在片式散热器单元盒宽展开长度b0和单元盒高h的基础上，根据主变压器容量及外轮廓尺寸，依据可选尺寸规格来确定片式散热器单元盒宽b和单元盒间距d，根据变压器发热量q变和片式散热器散热量q散计算片式散热器单元盒数量n。

8、更进一步地，所述片式散热器单元盒数量n依据以下公式计算得到：

9、片式散热器的对流散热面积：sd＝2×b0×h×n×10-6(m2)；

10、片式散热器的辐射散热面积：sf＝(2×b×d×n+b×h)×10-6(m2)；

11、片式散热器的自冷式散热器表面系数：β＝(55sd+45sf)/100sd；

12、片式散热器的有效散热面积：s散＝μ×k×β×sd(m2)；

13、其中，b0为片式散热器单元盒宽展开长度，单位mm；b为片式散热器单元盒宽，单位mm；h为片式散热器单元盒高，单位mm；n为片式散热器单元盒数量；d为片式散热器单元盒间距，单位mm；μ为结构系数即片式散热器单元盒距修正系数；k为片式散热器单元盒数量修正系数；

14、片式散热器单元盒数量n依据以下公式计算得到：

15、

16、其中，表示向上取整的数学表示方法；q变为变压器发热量，q变＝q空载+q负载，q空载为主变负载损耗，q负载为主变空载损耗；q散为片式散热器散热量，q散＝2×h×s散(ts-t0)，其中，ts为热源温度；t0为环境的空气温度；h为对流换热系数，h为片式散热器单元盒高。

17、更进一步地，所述步骤二中，根据片式散热器的单元盒宽b、单元盒间距d和单元盒数量n，在autocad软件中建立变压器与片式散热器的简化二维模型；然后，将简化二维模型导入gambit软件进行边界类型指定与网格划分前处理工作；接着，将gambit中建立的网格模型调入fluent软件中模拟变压器及散热器内部温度场的分布；最后，改变片式散热器的中心高度，重复上述步骤，得到变压器温度随片式散热器中心高度的变化规律数据，绘制变压器温度与片式散热器中心高度的变化关系曲线。

18、更进一步地，所述步骤三中，明确数值拟合边界即多项式项数和拟合误差，采用最小二乘法对上述关系曲线进行多项式拟合，得到主变压器温度与散热器中心高度函数解析表达式：

19、

20、其中，t变为变压器温度；x为片式散热器中心高度；m为指定多项式项数；an为多项式系数；

21、在上式基础上，将主变压器温度最低设为优化目标，求解片式散热器垂直布置最优中心高度hopt；

22、min t变

23、s.t.hmin≤x≤hmax

24、其中，hmin和hmax为片式散热器中心高度的最小值和最大值。

25、本发明与现有技术相比，结合海上升压站主变散热装置设计需求，将海上升压站主变散热装置垂直布置，一方面，通过主变散热器的垂直布置增大了散热器内油流速及其与空气的对流，充分发挥其散热功效，有效降低变压器温度，减少变压器运行损耗；另一方面，将主变散热器布置于海上升压站一层外墙上，可大大节省海上升压站底层平台面积，减少底层平台面积，从而减少海上升压站投资成本。本发明解决了现有海上升压站主变散热装置占底层平台面积大的问题，实现海上风电开发的降本增效。

技术特征：

1.一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法，其特征在于：所述步骤一中，在片式散热器单元盒宽展开长度b0和单元盒高h的基础上，根据主变压器容量及外轮廓尺寸，依据可选尺寸规格来确定片式散热器单元盒宽b和单元盒间距d，根据变压器发热量q变和片式散热器散热量q散计算片式散热器单元盒数量n。

3.根据权利要求2所述的一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法，其特征在于：所述片式散热器单元盒数量n依据以下公式计算得到：

4.根据权利要求1所述的一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法，其特征在于：所述步骤二中，根据片式散热器的单元盒宽b、单元盒间距d和单元盒数量n，在autocad软件中建立变压器与片式散热器的简化二维模型；然后，将简化二维模型导入gambit软件进行边界类型指定与网格划分前处理工作；接着，将gambit中建立的网格模型调入fluent软件中模拟变压器及散热器内部温度场的分布；最后，改变片式散热器的中心高度，重复上述步骤，得到变压器温度随片式散热器中心高度的变化规律数据，绘制变压器温度与片式散热器中心高度的变化关系曲线。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法，其特征在于：所述步骤三中，明确数值拟合边界即多项式项数和拟合误差，采用最小二乘法对上述关系曲线进行多项式拟合，得到主变压器温度与散热器中心高度函数解析表达式：

技术总结
本发明提供一种海上升压站主变散热装置垂直布置方法，结合海上升压站主变散热装置设计需求，将海上升压站主变散热装置垂直布置，一方面，通过主变散热器的垂直布置增大了散热器内油流速及其与空气的对流，充分发挥其散热功效，有效降低变压器温度，减少变压器运行损耗；另一方面，将主变散热器布置于海上升压站一层外墙上，可大大节省海上升压站底层平台面积，减少底层平台面积，从而减少海上升压站投资成本。本发明解决了现有海上升压站主变散热装置占底层平台面积大的问题，实现海上风电开发的降本增效。

技术研发人员：周昌平,刘海波,李成子,喻飞,叶任时,桂胜强,苏毅,张发印,陶轲,张鹏
受保护的技术使用者：长江勘测规划设计研究有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25