一种提高中低压开关柜电流母排散热效率的措施

电流母排是中低压开关柜中主要的发热部件之一，有效抑制其温升对确保开关柜安全可靠运行具有重要意义。抑制母排温升的现有措施大多不够经济或操作、实施较为复杂。本文依据传热学理论，提出采用适当厚度、传热系数较好的绝缘材料对电流母排进行包裹，以提高母排散热效率，从而达到抑制母排温升的目的。理论推导得到了电流母排散热效率的解析模型，数值计算和有限元仿真分析均验证了所提出措施的有效性；基于解析模型分析了该措施的适用范围；并通过物理实验验证了所提出方法的有效性。研究结果表明，针对多种常用型号的母排，其温度随绝缘层厚度的增加先降低，后升高；包裹用绝缘材料的导热性能越好，散热效果改善越明显；本文提出的改善散热措施适用于采用自然对流散热的中低压开关柜。     

基于时域有限元方法的配电房大电流母排涡流场分析

母排工作状况对整个配电系统的运行起着决定性的作用.针对配电房普遍使用的平板型空气绝缘母排结构,根据母排实际尺寸、位置等参数构建其工频磁场分布的计算模型.采用基于时域有限元的方法研究了矩形大电流母排满足的二维(2D)、三维(3D)涡流场问题.分析其磁感应强度变化,并与圆管型母排进行了比较,通过仿真验证,矩形母排磁感应强度与实测数据的最大误差小于5.79%,而圆管型母排磁感应强度与实测数据的误差较大.重点研究了不同工作电流对电磁力、磁场能量及功率损耗的影响.结果显示随电流增大,磁场能量、电磁力及功率损耗均呈增加趋势.当电流为2 400 A时,其三维涡流场的功率损耗高达114.462 W/m.     

基于磁场-流场-温度场耦合计算的母线槽热性能分析

作为大电流输配电设备，母线槽的发热温升和散热问题是影响其工作稳定性的重要因素之一，为此本文建立了母线槽的磁场－流场－温度场耦合分析模型，首先计算了三相四线空间绝缘型母线槽的工频磁场、涡流场和焦耳热，然后将焦耳热作为体积热源，通过间接接耦合方法分析了母线槽内部气流场和温度场，母排间距对母线温升影响显著，存在一个使母排温升最小的最优母排间距，增大外壳高度或宽度能够降低母排温升。     

大电流母排三维涡流场-温度场耦合分析

利用有限元方法建立大电流开关柜母排的三维涡流场——温度场耦合分析模型,计算三维涡流场,得到磁感应强度和焦耳损耗的大小及分布规律;将焦耳热作为热源,通过顺序耦合方式计算出母排的温度场分布情况.实验结果验证了计算模型的准确性.在此基础上深入探讨不同工作电流对母排产生的温度场的变化规律,对设计大电流开关柜有参考价值.     

大功率电力电子装置母排参数提取方法

母排参数是大功率电力电子装置传导噪声模型的重要组成部分。准确提取母排电阻、电感、电容值对精确建立传导模型及主电路结构优化均具有重要意义。基于损耗叠加原理改进了母排电阻的提取方法,并推导复杂波形电流流过母排时的电阻计算公式;总结适用于求解母排电感、电容值的简单解析及有限元仿真方法,并建立实物模型;通过计算、仿真、实测进行对比,验证了求解方法的正确性。     

基于全碳化硅功率组件的变流器母排杂散电感解析计算方法

碳化硅(SiC)器件的高开关速度使得其对杂散参数更为敏感,容易激发高频振荡和超调.因此需要对功率回路杂散电感进行准确计算,其中以母排电感最为关键.该文首先对现有母排电感计算方法分析比较,并提出一种考虑趋肤效应影响的母排电感计算方法;在此基础上,结合有限元仿真定量分析空间几何参数、器件布局和母排开孔等因素对母排电感的影响,并通过最小二乘逼近得到多异结构母排电感解析计算公式.最后,使用该方法计算1200V/423A SiC MOSFET测试平台的母排电感,并分别与Ansys Q3D仿真提取结果和实验测试结果对比,结果表明,该方法计算大功率变流器叠层母排杂散电感具有较高的实用性和准确性,可为SiC MOSFET的应用研究和叠层母排的布局设计提供有益支撑.     

电力母排伸缩接头的应用

电力母排是目前中低压配电网中传输电能的主要载体。母排与母排,母排与变压器套管接引处,母排与电缆等引出线点的连接好坏,直接影响到电能传输的质量以及设备运行的可靠性。通过分析传统硬母排接头工艺的弊端及存在问题,提出一种具有柔韧性高、散热性好、安装方便的治理措施,并研制出一种由多片薄紫铜片层叠组成可弯曲的伸缩接头,替代原有的传统硬母排接头。     

高压大容量变换器中母排的优化设计

母排的分布电感是影响高压大容量变换器中半导体器件可靠运行的重要因素.以一台基于集成门极换流晶闸管的三电平变换器中的母排为研究对象,采用部分元等效电路法建立母排模型,提出一种低感低影响母排布局和分配的设计方法,并将该方法用于实际系统中.提出一种新的母排结构,其仿真结果与原有结构的实验、仿真结果对比表明,采用本文所提出的母排设计方法,可有效地减小母排的分布电感及其对开关器件电压应力的影响.     

层叠母排并联支路杂散电感建模及测量方法

建立精确母排的杂散电感模型是准确分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)可靠性的关键问题之一。大功率IGBT模块通常存在2~3个功率端子,端子之间的均流特性与母排所在支路的杂散电感相关。以一台三相两电平车载逆变器叠层母排作为研究对象,建立了母排并联支路的局部自感和互感模型,并对模型进行简化。借助Q3D仿真工具,对母排并联支路局部杂散电感进行提取,验证了模型简化方法的准确性。同时提出一种高精度的母排局部杂散电感测量方法,验证了杂散电感仿真结果的正确性。     

不同散热条件对开关柜母线室温度分布影响探究

开关柜的温度场仿真计算对开关柜的运行检修与设计具有重大指导意义,但由于开关柜模型复杂,计算量大,在现有仿真计算中常忽略热辐射过程以提高计算效率,缺乏对网格剖分的精细化控制,对风机开启下的强迫对流散热效果也缺乏直观对比。因此,本文以开关柜的典型结构——母线室为研究对象,建立精细三维模型,利用ICEM软件对网格进行局部控制的优化剖分,再将模型导入CFX软件进行温度-流体场仿真计算与分析,探究热辐射散热与风机对流散热对开关柜内部温度分布规律的影响,结果表明热辐射散热使母排温度下降,柜体角落处温度明显上升,整体分布更加均匀;风机散热使母线室内部流速激增,降温效果明显,并通过实验验证了仿真计算的准确性。     

大电流封闭母线磁-流-热场耦合有限元分析

针对用解析法计算母线温升时存在的一些问题,笔者讨论了基于磁场-流场-热场耦合有限元分析的母线温升计算方法。首先计算母线的磁场和导体涡流分布,得到焦耳热源;然后基于流场-热场耦合的共轭传热模型,将前面计算得到的焦耳热加载为热源,进行温度场分析和温升计算。比较12500A大电流离相封闭母线的计算温升与该产品型式试验结果,误差小于2℃。该计算方法对于封闭母线的产品设计人员具有一定参考意义。     

用电磁场和流场模型计算GIS母线损耗发热

为深入研究GIS母线的损耗和发热问题,在综合考虑集肤效应、涡流损耗、电导率温度效应、气体流动、重力等多种因素影响的基础上,运用有限元方法,建立了GIS母线损耗发热的电磁场与流场求解模型。计算分析了该类母线的热源和温度分布规律,并与实测数据进行了比较。结果表明:GIS母线电流和损耗密度的分布都体现出集肤效应。当母线水平放置时,其导体与金属外壳的温度分布呈上高下低规律。对于水平放置的单相GIS母线,其温度分布左右对称,其内部环状空间气体对流作用较强,等温线呈弯曲的S型分布,同一圆周上温度分布并不均匀。而对于水平放置的三相GIS母线,其上方导体附近的气体等温线分布也呈现较为明显的S状弯曲,而位于下方导体周围的气体,其等温线扭曲程度相对较小。     

三相GIS母线损耗发热的电磁场-流场-温度场计算分析

为深入研究三相气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,简称GIS)母线筒的损耗发热问题,运用有限元方法,建立了该类母线损耗发热的电磁场-流场-温度场综合求解模型,在综合考虑集肤效应、涡流损耗、气体流动、以及重力等多种因素影响的基础上,计算分析了该类母线的热源和温度分布规律。结果表明:GIS母线电流和损耗的分布都体现出集肤效应。对于水平放置的三相GIS母线,当三相电流对称时,上方母线导体温度高于下方母线导体,金属外壳的最高温度出现在离上方导体较近的上部壳体,且上方导体附近的气体等温线分布也呈现较为明显的S状弯曲,而位于下方导体周围的气体,其等温线扭曲程度相对较小。当电流对称性遭到破坏,则损耗和温度分布的对称性不复存在。     

高速列车牵引变流器冷却系统散热特性研究

在分析CRH3型高速列车牵引变流器冷却系统结构与工作原理的基础上,根据冷却系统热交换器实物尺寸、冷却液实际流速等参数,应用ANSYS有限元分析软件建立了牵引变流器冷却系统热交换器模型,并设置相应仿真边界条件,由ANSYS／FLOTRAN解析出热交换器的流场和温度场分布情况。通过对分析结果的后处理,计算得出了冷却系统热交换器的散热功率,其结果与牵引变流器功率损耗参数基本相符,验证了仿真分析的正确性。仿真分析结果有助于对高速列车牵引变流器冷却系统散热能力的评估,及冷却系统热交换器结构设计的改进,为进一步提高高速列车牵引变流器冷却系统的散热能力提供了理论依据;     

共箱封闭母线多物理场耦合分析

共箱封闭母线由于拥有较为复杂的发热与散热结构,故其温升的计算一直是研究与设计的重点。借助有限元法,通过建立有限元模型首先分析得到了双层导体共箱封闭母线在稳态中的工频电磁场及焦耳热分布。随后利用间接耦合法,将焦耳热作为热源带入到流场-热场耦合模型,计算得到了热场与流场,进而得出共箱封闭母线中导体与外壳的主要散热方式为辐射散热,为控制母线温升应加强母线的辐射散热能力。     

封闭母线接头温度场分布的数值分析

作为电力传输设备,封闭母线接头处的发热温升和散热问题是影响其工作稳定性的重要因素之一。在构建封闭母线接头简化结构模型的基础上,结合热量传递的3种基本方式：导热、对流及辐射,建立了封闭母线接头温度场数学模型;利用有限容积法对封闭母线接头温度场数学模型进行离散化处理,并建立了离散化方程;通过三对角阵算法迭代求解出封闭母线接头处内外温度分布。通过试验验证了所建立模型的正确性,从而利用该模型可以准确监测封闭母线接头内外温度分布。     

汽轮发电机定子冷却水路堵塞时的温度场分析与计算

水氢氢汽轮发电机定子冷却水系统发生堵塞的事故时有发生,对定子温度进行监测是诊断冷却系统故障的重要手段之一,因此掌握冷却系统的故障状态和电机中温度分布的对应规律是非常必要的.为此,根据流体力学和传热学的基本原理,结合水氢氢汽轮发电机的结构特点,提出了汽轮发电机定子线棒冷却水路发生堵塞时定子温度场的数学模型.采用热平衡方程对定子温度场的偏微分方程进行离散化处理,与冷却系统中水温及氢温的计算相耦合,形成联立方程组.在此基础上研究了定子线棒冷却水路发生堵塞时对发电机定子温度场的影响,分析总结了空心股线堵塞的严重程度与定子线棒出水口温度以及定子槽检温计温度之间的变化规律,为发电机发生水路堵塞时的故障诊断提供了理论依据.     

基于外壳热分布的气体绝缘母线温度计算模型

气体绝缘母线在运行过程中负荷电流和外壳涡流将引起设备发热,其温升特性是表征气体绝缘母线运行状态的重要指标。文中基于传热学原理和热电类比法,将126 kV/2 kA户内型三相共箱式气体绝缘母线内部传热过程等效为一个简单的集总参数热路,考虑导体热容、接触电阻、导体和外壳换热系数以及分别与SF_6气体之间的非线性热阻等因素,提出了气体绝缘母线动态等效热路模型。并设计了三相气体绝缘母线温度测量试验,将模型计算结果与试验结果进行对比分析,验证了气体绝缘母线动态热路模型的准确性和有效性,并通过热路模型得到了外壳与导体的对应温升曲线。     

汽轮发电机空心股线堵塞时定子温度场的数值仿真

水–氢–氢汽轮发电机定子线棒中空心股线的堵塞能导致线棒过热,甚至会造成对地绝缘的击穿。掌握空心股线的堵塞程度和电机中温度分布的对应规律有助于正确诊断空心股线的堵塞位置和严重程度。该文根据电机学、流体力学和传热学的基本原理,研究汽轮发电机定子线棒中空心股线发生堵塞时水的流动状态,应用等效热网络法研究定子空心股线发生不同程度堵塞时的定子温度场。提出当空心股线发生部分堵塞时在堵塞部位应用孔板原理的方法,确定了定子线棒堵塞后各空心股线中冷却水的流量,并用堵塞系数表示空心股线堵塞的严重程度。分析计算不同堵塞系数下的定子温度场,总结了空心股线堵塞程度与定子温度场之间的对应规律。