(海鸿电气有限公司 广东开平 529339)
摘要 本文用Solid Works Simulation对小型化双层预装式变电站产品进行热分析，根据热分析的仿真结果对产品进行针对性的优化设计，优化前和优化后的热分析仿真结果表明，优化后的产品散热性能得到了较大的提升。最终通过对比样机的温升试验，优化后的样机温升平均下降了10℃，也就是说，优化后的样机散热性能得到了较大的提升，该结果与Solid Works Simulation热分析仿真结果一致。
关键词：solid works simulation；小型化双层预装式变电站；散热性能；
Optimization Design of Miniaturized Double-layer Prefabricated Substation based on Solid Works Simulation
Yu Jin Junye Zhang
Haihong Electric Co.,Ltd
Abstract：In this paper, Solid Works Simulation was used to conduct thermal analysis of miniaturized double-layer prefabricated substation products. According to the Simulation results of thermal analysis, the optimized design of the products was carried out. The thermal analysis Simulation results before and after optimization showed that the heat dissipation performance of the optimized products had been greatly improved. Finally, by comparing the temperature rise test of the prototype, the temperature rise of the optimized prototype decreased by 10℃ on average, that is to say, the heat dissipation performance of the optimized prototype was greatly improved, which was consistent with the thermal analysis Simulation result of Solid Works Simulation.
keywords: Solid works simulation, miniaturized double-layer prefabricated substation, heat dispersion.
0 引言
预装式变电站作为重要的电力设备，数量多且分布广。预装式变电站通常包括变压器和多个机柜[1]，现有的方案通常是将设备排列在安装区域进行安装，因此现有的变电站的占地面积较大，为了达到预装式变电站占地面积小的要求，采用双层布置设计，同时考虑到后期变电站的维护中，需要操作高压开关、低压开关，为了方便维护，将变压器室布置在第二层，高压室、低压室布置在第一层。要保证外形的最小化，所有元器件均紧凑式安装，所以，对于小型化双层预装式变电站设计中最关键的是通风散热设计[2]。
Solid Works Simulation为我们提供了强大的产品热分析仿真功能，热分析功能的基本原理是采用有限元分析法，将连续的小型化双层预装式变电站进行离散化，形成有限个单元，建立数据模型，最终得到详细的热分析仿真结果[3]。
1基于Solid Works Simulation的小型化双层预装式变电站的热分析仿真
热分析仿真过程：
1）建立小型双层预装式变电站的数学模型。采用1：1的尺寸，利用Solid Works将小型化双层预装式变电站进行实体建模。
2）建立小型化双层预装式变电站的有限元计算模型。数学模型建立后，实用离散化方法，将小型双层预装式变电站模型进行网格划分，形成网络模型。
3）小型双层预装式变电站有限元计算模型的求解。使用Solid Works中的Simulation热分析功能对变电站进行散热数据的求解。
4)热分析仿真结果。SolidWorks Simulation热分析功能提供了非常详细的散热效果图。
2基于Solid Works Simulation的小型化双层预装式变电站优化设计
变压器室散发的热量大部分集中的顶盖部位，为了提高小型化双层预装式变电站的散热性能，我们增加了顶盖的散热面积，设计一种双层顶盖，优化了顶盖的设计。利用Solid Works Simulation热分析仿真得到的小型化双层预装式变电站优化设计散热效果图，通过对比优化前的散热效果图和优化后的散热效果图，可以看出优化后的变压器室温度高的红色区域明显变小，预装式变电站的温度有明显的下降趋势。
3样机温升试验验证
为了验证Solid Works Simulation热分析仿真结果的正确性，我们对优化前的小型化双层预装式变电站样机和优化后的小型化双层预装式变电站样机进行了温升试验对比。温升试验按照国标GB1094.11-2007进行（注：变电站中配置敞开式立体卷铁心干式变压器），试验方法采用模拟负载法。得到的温升试验数据如表1所示，优化后的小型化双层预装式变电站样机温升试验数据如表1所示。
表1优化前小型化双层预装式变电站样机温升试验数据
Table 1 Temperature rise test data of Miniaturized Double-layer Prefabricated Substation
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表2优化后的小型化双层预装式变电站样机温升试验数据
Table 2 Temperature rise test data of Miniaturized Double-layer Prefabricated Substation after optimization design
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4 结论
对比表1和表2的温升数据可以得出的结论：相对于优化前的样机，优化后的小型双层预装式变电站样机温升情况：负载损耗下绕组温升（高压绕组降低了12.1℃,低压绕组降低了8.3℃），总绕组温升（高压绕组降低了12℃,低压绕组降低了8℃）。证明了优化后的预装式变电站样机的温度平均下降了为10℃，也就是说，优化后的样机散热性能得到了较大的提高。该结果与Solid Works Simulation热分析仿真结果一致。
本文利用Solid Works Simulation热分析仿真功能，优化了产品设计，提高了产品散热性能。
参考文献:
[1]预装式变电站设计及应用要点浅析[J]. 郭翔,王世忠,赵亮亮.现代建筑电气. 2019(05).
[2]预装式变电站热负荷特性与散热讨论[J].张侠.水利水电工程.2014（12）
[3]基于solid works simulation的产品设计有限元分析[J].陈永当等.计算机技术与发展.2012（09）（177-179）
[4]许凯旋;于建军;关金富;谭锦权;喻金. 一种箱式变电站双层顶盖结构.中国专利：201710983928.X,2017-10-20.