27.5kV GIS母线室三维温度场的数值计算

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型,并采用壁函数方法处理固体与流体界面的对流换热问题,对27.5kV GIS(gas-insulated switchgear)开关柜母线室的三维温度场和气流场进行了数值计算与分析。仿真中采用了六面体网格剖分,通过有限容积法对方程进行离散求解,得到了母线室内的三维温度场与气流场的分布。计算结果表明,三工位隔离开关为温度最高部位,气体的对流使得母线室内温度趋于均匀并使载流回路的散热效果得到了加强。进行了相关的温升实验,温度的数值计算结果与实验结果吻合,表明了计算方法的正确性。     

基于有限元分析的GIS母线筒温度场分布研究

利用ANSYS/EMAG软件对建立的某110 kV室内GIS开关变电站直筒型和T型结构的GIS母线筒三维实体模型进行分析。分别得到在对称、不对称三相电流情况下GIS母线筒内磁场强度分布及母线筒外壳感应电流密度分布,并对其电能损耗进行了定量计算。利用ANSYS中FLUID142单元对其母线筒内流场、温度场进行了数值仿真计算。通过求解计算给出了GIS母线筒内母线导体温度分布情况、母线筒壳体温度分布情况以及内部SF6气体流场分布情况。为验证温度场计算结果的准确性,测量了GIS母线筒在不同运行工况下母线筒温度场分布情并与仿真结果进行比较。     

基于混合绝缘气体的GIS母线温升多物理场耦合分析

为分析SF6/N2混合绝缘气体对气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)母线温升的影响,对充有30％SF6～70％N2混合气体的单相GIS母线建立了电磁—流体—热多物理场耦合仿真模型.采用流体多组分传输的有限元分析方法,得到了GIS母线上电磁场与温度场的分布情况.结果表明:GIS内导体和壳体顶部温度均高于底部,温度呈左右对称...     

基于混合绝缘气体的三相GIS母线温升多物理场耦合机制研究

针对气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)母线温升影响设备可靠性问题,对充有30％SF6～70％N2混合环保气体的三相GIS母线进行了电磁—流体—热多物理场耦合仿真分析,采用流体多组分传输的有限元分析方法,研究了GIS母线上电磁场与温度场的分布规律.仿真结果表明:GIS内上方区域由于强对流作用,温差不大,下方区域由于气体对...     

单相共筒式SF6气体绝缘装置母线温度场计算

以4 kA单相GIS母线为研究对象,根据发热机理通过建立数学模型分析了该GIS母线的温度场分布;建立有限元模型计算母线的涡流损耗,并将损耗结果间接耦合至温度场与流场.分析结果显示,在单相GIS母线中温度场呈对称分布,最低温度出现于外壳底部,最高温度出现在母线导体顶端,导体正上方位置SF6气体流速最高,导体下方流体流速接近于零.仿真结果与实验室数据的对比验证了计算的准确性.最后,模拟故障情况,分析了不同接触电阻情况下母线外壳温度分布的变化状况,为GIS母线温度在线监测提供了参考.     

引入多重边界条件的GIS母线温度分布多场耦合计算及影响因素分析

GIS母线温度分布可为触头温度监测及载流能力评判提供参考。基于有限元方法建立实际GIS母线原型的多物理场耦合计算模型,并引入太阳辐射、空气流速、环境温度等多重边界条件,以分析外部气候条件对GIS母线温度分布的影响。开展GIS母线稳态温升实验,验证多重边界下多物理场耦合模型的有效性。基于所建仿真模型,分析负荷电流、环境温度、太阳辐射以及风速对GIS温度分布的影响,结果表明:导体和外壳温度增长率随着负荷增加而逐渐变大;环境温度改变导致GIS温度近似线性变化;太阳辐射导致GIS母线整体温度显著提高,外壳最热点向太阳直射方向偏移,外壳温度展开曲线近似为正弦形;风速导致外壳温度分布偏离正弦形,对导体的降温作用也受到SF6导热能力限制。最后,利用导体温度与GIS外壳最低点温度、环境温度、负荷电流三个条件的数值关系,给出了导体温度的计算方法,与实验值对比表明该方法的精度较高。     

GIS/GIL滑动触头电连接部件过热故障机制仿真分析

近年来,气体绝缘输电设备中滑动触头电连接部件过热故障时有发生,严重影响了设备运行的可靠性,威胁了电网的稳定运行。为了研究滑动触头过热故障发生机理,选取气体绝缘输电设备电连接用弹簧触指为研究对象,建立了电、磁、热、流、力3维多物理场耦合模型。基于静态结构分析滑动触头插接过程中和发生热膨胀后弹簧触指的接触力并依此计算接触电阻,结合接触电阻电场分析计算得出导体发热功率,并代入热-流耦合中分析滑动触头的热场分布。研究结果表明：单一环弹簧的接触力为5.06 N,与规格参数误差为1.2%;当发生偏心等故障时触指温度可达108.25℃,并间接影响相邻触指的温度和内外SF₆气体的流动;文中5%的触指发生劣化过热会造成26%的触指出现升温现象,与非故障区域的最大温差为20℃;温升导致的热膨胀会使触点处接触压力呈非线性变化,长期运行或偏心受力等原因引发的接触性能劣化将直接导致触头部分出现过热故障。论文研究可为弹簧触指劣化机理研究和滑动触头电连接部件过热故障分析提供理论依据。     

基于有限元的GIS母线温度推演方法研究

针对GIS母线内部导体温度无法直接测量的问题,提出了 一种基于有限元分析的GIS母线温度推演方法,该方法采用可直接测量的GIS母线外壳温度、负载电流、环境温度等参数对导体温度进行推演.结合GIS母线参数、热参数以及边界条件等,利用COMSOL有限元分析软件进行电磁-流体-温度场耦合仿真,求解不同环境温度与负荷电流条件下...     

基于电-热-力耦合的螺旋弹簧触指稳态温升分布仿真研究

气体绝缘金属封闭开关（GIS）中的母线触头弹簧触指热故障频发,甚至引起弹簧触指烧断并诱发击穿事故。文中构建了弹簧触指的三维电热机多物理场耦合仿真模型,首先基于经典Cooper-Mikic-Yovanovich(CMY)理论计算接触电导与接触热导,研究了考虑导杆重力作用下的弹簧触指温升分布,其次通过真型试验进行模型验证,最后基于仿真计算分析了不同损伤状态下的弹簧触指温升分布,分析了损伤程度与损伤范围的影响,仿真结果与母线弹簧触指热故障的普遍特征吻合。文中对母线触头弹簧触指热故障排查分析,及其结构优化设计具有重要指导意义。     

GIS长母线回路电阻测试方法研究

回路电阻是GIS设备出厂试验的主要技术参数之一,可以发现GIS设备导电回路中有无接触不良的缺陷。在GIS设备出厂试验、交接试验和预防性试验中,都规定了必须测量导电回路的直流电阻。但在现场测量GIS长母线回路电阻时存在诸多问题。研究了GIS长母线回路电阻测试难点,提出了一种合理、简单、准确的测试方法,详细阐述了该方法的测试原理、特点及适用场合。最后,针对回路电阻的控制措施提出了合理化建议。     

基于场路耦合有限元的三相共箱气体绝缘母线暂态电动力分析

基于瞬态场路耦合有限元理论建立了外部电压源激励下的三相共箱气体绝缘母线电路-电磁-结构场数值计算模型。采用顺序耦合方法将电磁场分析得到的节点电磁力作为载荷施加到结构场有限元模型中计算外壳的振动特性。通过将计算结果与镜像电流法和外壳振动测试结果进行对比验证该计算模型的有效性。基于该模型分析计算了工频稳态和不同短路故障条件下三相共箱气体绝缘母线电动力空间分布特性和时变特性,计算结果表明由于三相导体位于同一金属壳体内,短路故障类型将直接影响导体和外壳上电动力的分布特性。单相短路故障条件下气体绝缘母线导体短路电动力在幅值上要大于相间短路和三相短路且在时间上要早于相间短路和三相短路。计算模型和分析结果可用于三相共箱气体绝缘母线结构优化设计和短路故障监测。     

252 kV三相共箱GIS母线壳体温度场分布特性研究

气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)在电力系统中应用广泛,其内部触头过热会引发重大事故,因此研究其温度场分布特性具有重要意义。文中设计了252 kV GIS温升实验平台,通过实验获得了GIS母线导体、SF6气体和外壳部位的温度分布情况。针对上述实验平台建立了GIS三维物理模型和数学模型,基于有限元分析法对上述实验获得的GIS母线壳体温度场分布规律进行了仿真佐证。研究结果表明,在GIS壳体内部靠上区域,SF6气体温差较小,梯度不明显,而在GIS壳体内部下方区域,SF6气体温度呈明显的梯度分布;靠近壳体的SF6气体温度和壳体温度趋于一致;对于外壳,其顶部和侧面温差不大,底部温度最低,沿着圆周方向从顶部到底部温度逐渐降低。上述研究可为揭示GIS内部温度场分布特性和确定温度感知最灵敏位置提供一定的指导意义。     

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。     

多场耦合的电机暂态温度场计算

针对稳定负载下电机暂态温度场的计算问题,以小型封闭式结构的异步机为对象,建立电机热源计算的有限元电磁场模型,并依据散热结构特点建立相应的温度场模型,通过多场耦合的途径实现电磁场与温度场的联合,并附于电磁场、温度场相关的模型参数及联合计算参数,经电磁场适时地耦合温度场的联合计算,实现稳定负载下的温度场各暂态计算。通过搭建实验系统及测试,对电机额定负载下全域温度场实验结果和仿真对比得出,电机稳定负载下,多场耦合的联合计算能较好地计算电机全域暂态过程温度场。     

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。     

基于ANSYS耦合场分析的电器装置温度场仿真

ANSYS有限元软件提供的多物理场耦合求解方法能够有效地运用于电器装置的温度场仿真分析。详细地描述了利用ANSYS/MultiPhysics进行涡流场-气流场-温度场耦合分析的关键过程,并以8000A高压封闭母线的温升计算为例,验证了仿真结果与试验数据非常接近,误差小于1．6℃。     

基于等效热路的GIS母线动态热模型研究

建立了126kVE相共箱式GIS母线等效热路模型,由于母线等效热阻与热容等集总参数未知,直接求解微分方程较为困难。采用有限元模型计算母线导体、SF6气体以及外壳的温升时间常数,通过数值拟合方法得出母线负荷电流与稳态温升的对应关系,尝试利用单个指数函数模拟母线各组件的温升过程。与不同负荷条件下有限元温升过程计算结果的对比表明．所提出的模型能够有效计算GIS母线正常运行条件下的温升过程。     

基于多物理场的三相共箱型隔离开关温度场仿真研究

126 kV GIS设备作为城市电网建设中的重要设备,需要更加小型化来降低变电站的土地使用面积,而温升是制约设备小型化的关键因素之一.文中建立126 kV GIS三相共箱型隔离开关及母线电磁?热?流耦合三维模型,通过对开关设备总体发热和散热研究,分析了三相共箱型结构不同布置方式产生的不同功率损耗,并基于温度场仿真研究得...     

混凝土坝渗流场与稳定温度场耦合分析的数学模型

混凝土坝中的渗透水流通过参与热量传递与交换而影响坝体温度场的分布,坝体温度场又影响渗透水流及混凝土的渗系数。本文从理论上分析了混凝土坝渗流场与稳定温度场相互影响、相互作用的机理,提出了混凝土坝渗流场与稳定温度场耦合分析的连续介质数学模型,讨论了该数学模型的有限元解方法,并给出了工程应用实例。     

基于多物理场耦合的高压电抗器温度场仿真与分析

为研究干式空心电抗器整体及包封内部各层绕组温度分布特性,根据电磁热流多物理场耦合方法,建立了干式空心电抗器电磁-流体-温度三维温升计算模型。首先,基于场-路耦合的电磁学理论,采用有限元法求取电抗器各层电流,计算各层绕组损耗。然后,基于流体-温度耦合的传热理论,以各层绕组损耗为热源,采用有限体积法求解电抗器温度分布。最后,采用稳态热学分析法验证了结果的准确性。研究结果表明:电抗器温度分布呈现上区域大于下区域、中间包封大于两侧包封的变化趋势,各层绕组温升热点位于电抗器轴向高度约85%到90%。研究结果为电抗器结构优化、温度的在线监测提供了理论依据。