阅读说明：本技术 一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法 (10kV power distribution room temperature and humidity sensor optimized point distribution method ) 是由 刘文泽 胡挜喆 于 2019-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法,包括以下步骤：S1、首先对10 kV配电室内各个物体的尺寸、位置、发热量和散湿量进行实际测量；S2、根据测量结果在有限元分析软件中建立配电室内的三维立体仿真模型；S3、设置各个模块的仿真参数；S4、对三维立体仿真模型划分网格；S5、进行仿真模型的求解设置,并进行温度场和湿度场仿真；S6、对仿真计算结果进行处理；S7、确定温度与湿度传感器的优化分布位置。本发明可以根据统一配电室不同气候情况或不同配电室尺寸、设备发热量等参数对三维立体仿真模型及运算参数做出修改。即泛用性强,可适用于各种天气情况下的各种配电室。(The invention provides an optimized point distribution method for a 10kV power distribution room temperature and humidity sensor, which comprises the following steps of: s1, firstly, actually measuring the size, the position, the heat productivity and the moisture dissipation capacity of each object in the 10kV power distribution room; s2, establishing a three-dimensional simulation model in the distribution room in finite element analysis software according to the measurement result; s3, setting simulation parameters of each module; s4, meshing the three-dimensional simulation model; s5, solving and setting the simulation model, and simulating a temperature field and a humidity field; s6, processing the simulation calculation result; and S7, determining the optimal distribution positions of the temperature and humidity sensors. The three-dimensional simulation model and the operation parameters can be modified according to parameters such as different weather conditions of the unified distribution room or different sizes of the distribution room, equipment heating amount and the like. The universal property is strong, and the universal power distribution room is applicable to various power distribution rooms under various weather conditions.)

一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法

技术领域

本发明涉及有限元分析及仿真领域，提出一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法。

背景技术

配电室在电力配送中起着重要的作用，保证着千家万户的供电安全。配电室内设备对 于环境温度及湿度有较高的要求，高温会加快设备绝缘的老化甚至引发火灾，高湿度也会 在设备表面产生凝露，引起设备绝缘表面局部放电。目前一些配电室引入了温湿度智能调 节系统对配电室内温度和湿度进行严格控制，该系统需要通过温度传感器及湿度传感器获 取室内的温湿度情况。由于空气具有较强的流动性，配电室不同位置的温度与湿度有较大 的差异，传感器的分布位置成为了需要解决的问题。随机布置传感器往往无法检测到室内 最高温湿度点；高密度布置传感器又会造成投资的浪费。

发明内容

为了克服以上提到的传感器布置问题，本发明提出了一种10kV配电室温湿度传感器优 化布点方法。

本发明至少采用如下的术方案之一实现。

一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法，包括以下步骤：

S1、首先对10kV配电室内各个物体的尺寸、位置、发热量和散湿量进行实际测量；

S2、根据测量结果在有限元分析软件中建立配电室内的三维立体仿真模型；

S3、设置各个模块的仿真参数；

S4、对三维立体仿真模型划分网格；

S5、进行仿真模型的求解设置，并进行温度场和湿度场仿真；

S6、对仿真计算结果进行处理；

S7、确定温度与湿度传感器的优化分布位置。

进一步的，步骤S2是利用有限元仿真软件ANSYS的模块Icepak建立配电室内各个物 体的模型，形成电室内的三维立体仿真模型。

进一步的，步骤S3所述的模块包括：风机流量、机柜格栅透气率、机柜内热源数量、热源功率、壁面温度、环境温度、环境湿度。

进一步的，步骤S5所述的求解设置具体为：在ANSYS中的Basic settings(基础设置) 模块计算雷诺数和瑞利数，ANSYS会根据计算给出三维立体仿真模型所处的流态。本例中雷 诺数和瑞利数分别为133944和94900,三维立体仿真模型处于湍流态。ANSYS的Basicparameers(基本参数)界面如图5所示，Generalsetup(常规设置)中的Flowregime(流 态)下选择Turbulent(湍流)，开启重力矢量并设置z方向重力加速度为-9.8m/s2，其它 选项保持不变。在Defaults(预设值)中设置环境参数，设置温度为25℃，其他参数保持 不变，在Advanced(高级设置)中开启Species(组分)选项，即打开组分运输分析。设置 相对湿度为85％。最后返回Basic settings(基础设置)中设置仿真步数为1000步，其它 保持默认。

进一步的，步骤S6所述的处理是：在配电柜内部选取一个变量监控点，监控仿真过程 中该点的温湿度变化，有助于判断仿真的收敛性。然后开始仿真计算，在计算过程中界面 会显示求解残差曲线和监控点温湿度变化曲线，根据这些曲线走势对仿真收敛情况作出评 估。本列仿真计算收敛性较好，到500步左右基本收敛完成。如果收敛性能较差，则可以 通过再次细分网格、增加仿真步数等方式来提高计算的精度和稳定性。然后重复该步骤。

进一步的，步骤S7所述的确定温度与湿度传感器的优化分布位置具体如下：截取水平 高度2m处的温湿度云图，采用探针工具选取温湿度较高的点，对选取点的温湿度大小进行 排序，选取温湿度最高的6个点作为温度与湿度传感器的优化布点位置。

相比于现有传感器分布位置选择方法，本发明具有以下技术特点：

1.利用有限元仿真软件ANSYS的模块Icepak对配电室内温湿度场进行仿真，总结温湿度分 布规律并对分布位置进行优化，可以保证传感器分布位置靠近室内温湿度最高处并节省设 备投资。

2.可以根据统一配电室不同气候情况或不同配电室尺寸、设备发热量等参数对三维立体仿 真模型及风机流量、设备发热量参数做出修改。即泛用性强，可适用于各种天气情况下的 各种配电室。

附图说明

图1为本实施例一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法流程图；

图2为本实施例配电室内平面图；

图3为本实施例部分物体网格划分图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明的具体实施做进一步说明，但本发明的实施和保护范围 不限于此。

图1所示的一种10kV配电室温湿度传感器优化布点方法，包括以下步骤为：

S1、首先对10kV配电室内各个物体的尺寸、位置、发热量和散湿量进行实际测量；

到现场对配电室几何尺寸(房间长度、宽度、高度)、风扇位置、配电柜位置、尺寸、配电柜发热量进行详细测量。若室内存在其它发热或散湿设备，也要对其进行位置、尺寸、发热量和散湿量的测量，测量后得到的室内平面图如图2所示。

S2、根据测量结果，在软件ANSYS的模块Icepak内建立配电室内的三维立体仿真模型， 如果模型复杂，可用CAD软件建立后导入Icepak中进行修改。风机可以利用已有的模块， 配电柜内的设备散热等效为热源模块的发热。

S3、设置各个模块的仿真参数，对热源发热量、风机类型、风机风量、机柜格栅透气率等运行参数进行设置，需要设置的参数如表1所示：

表1配电室环境仿真参数

仿真参数	数值
		风机流量(m<sup>3</sup>/s)	1
机柜格栅透气率	0.5
		热源数量	24
热源功率(kW)	0.5
		壁面温度(℃)	25
室外温度(℃)	25
		室外相对湿度(％)	85

S4、对三维立体仿真模型划分网格，由于配电室体积较大、气流流动复杂，直接采用 精细网格划分，再观察风扇边缘、配电柜外壳等关键处对网格适当加密，加载网格后查看 网格质量，网格质量图中面对齐程度越高，则网格质量越高。如果网格质量较高，则继续下一步骤，如果网格质量低，对一些区域进行适当加密。

S5、在ANSYS中进行仿真模型的求解设置，并进行温度场和湿度场仿真，具体的，在ANSYS中的Basic settings(基础设置)模块计算雷诺数和瑞利数，ANSYS会根据计算给出三维立体仿真模型所处的流态。本例中雷诺数和瑞利数分别为133944和94900,三维立体仿真模型处于湍流态。ANSYS的Basic parameers(基本参数)界面如图5所示，Generalsetup(常规设置)中的Flowregime(流态)下选择Turbulent(湍流)，开启重力矢量并设置z 方向重力加速度为-9.8m/s2，其它选项保持不变。在Defaults(预设值)中设置环境参数， 设置温度为25℃，其他参数保持不变，在Advanced(高级设置)中开启Species(组分)选 项，即打开组分运输分析。设置相对湿度为85％。最后返回Basic settings(基础设置)中 设置仿真步数为1000步，其它保持默认。

在模型内部选取一个变量监控点，监控仿真过程中该点的温度湿度得变化，有助于判 断仿真的收敛性。然后开始仿真计算，在计算过程中界面会显示求解残差曲线和监控点温 湿度变化曲线，根据这些曲线走势对仿真收敛情况作出评估。本列仿真计算收敛性较好， 到500步左右基本收敛完成。

如果收敛性能较差，则可以通过再次细分网格、增加仿真步数等来提高计算的精度和 稳定性。然后再开始仿真计算。

如果收敛性能较好，则按照以下方法选择传感器安装位置，计划在配电柜顶部及水平 高度2m处的墙壁上安装传感器，因此查看配电室水平高度2m处温度和相对湿度云图。采用探针工具选取配电柜顶部温度较高的点可查看具体温度值。对温、湿度值从高到低进行排序，选择最高的6个点作为传感器分布位置。图3为6个温湿度传感器和6个湿度传 感器在配电室水平高度2m处的坐标，其中，温度传感器1的坐标为(6.4,5.1)。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的 是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、 替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。