基于多物理场耦合的空气型开关柜发热故障温升仿真分析

空气开关柜是电网中运用最多的开关设备,长期温升过高会导致绝缘性能和机械性能的退化,甚至人员伤亡事故。为分析空气开关柜发热故障的温度分布特性,利用有限元仿真软件建立1∶1模型,进行电磁—流—热多物理场耦合仿真。模拟分析不同热故障,空气开关柜内部气体流速、内部器件表面温度分布、内部温度场分布和外壳温度分布的情况,总结不同热源功率下的分布规律,为基于开关柜表面温度场分布,判定开关柜内部故障奠定理论基础,并提供仿真借鉴。     

中压开关柜典型接触故障下的温升特性研究

随着开关设备的快速发展,接触故障导致的发热问题长期存在且显著影响开关柜的工作性能.为探究开关设备在进线母排搭接处故障、梅花触头故障以及断路器触头故障3种典型接触故障下的温升特性,针对KYN28?12型中压开关柜,运用有限元分析法建立了3维温度场–流场的多物理场耦合模型,对比分析了开关柜在正常和典型接触故障下的流场和温度...     

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。     

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...     

基于多物理场耦合方法的变压器绕组振动仿真与试验研究

为了研究电力变压器绕组的振动特性,针对S11-M-500/35型变压器,基于多物理场耦合仿真的方法,建立了电力变压器三维仿真模型,对电力变压器电场、磁场和结构力场进行耦合仿真.仿真得到变压器在一次侧通过额定负载电流的情况下,二次侧的电压、电流值,铁芯、绕组的磁场分布以及变压器器身的振动值.为了验证仿真模型的准确性,针对变压器样机进行额定负载试验,并测试变压器器身的振动信号.分析表明,仿真结果与试验数据吻合良好,为变压器的优化设计和故障诊断提供了依据.     

磁流变阻尼器多物理场耦合仿真及动力性能分析

针对磁流变阻尼器设计过程中仅利用磁场来评估其性能好坏,易引起较大的设计误差,提出了一种磁流变阻尼器多物理场耦合仿真方法,分别建立了磁流变阻尼器力学、电磁场及流场的数学模型。考虑到磁流变阻尼器的性能受内部结构、电磁场与流场之间的相互耦合作用影响,采用COMSOL多物理场仿真软件对磁流变阻尼器进行了多物理场耦合建模仿真。分析了磁流变阻尼器内磁场的分布情况,得出了磁场作用下其内部磁流变液的流动状态及变化规律;同时对活塞头施加不同的正弦激励,分析了磁流变阻尼器在多物理场作用下的动力性能。研究结果为进一步分析磁流变阻尼器的动态特性提供了一种新方法。     

基于多物理场耦合模型的车用PEMFC仿真研究

运用COMSOL软件建立了基于多物理场耦合模型的燃料电池仿真模型。基于多物理场耦合模型分析了燃料电池内部的流场和压力分布情况。研究了阳极和阴极内反应气体的浓度变化情况。分析了膜电极(MEA)内电流分布与反应气体浓度的关系。研究了燃料电池内部温度场和热流的分布情况。通过仿真研究加深了对燃料电池各个物理过程的理解,为优化燃料电池设计提供了参考。     

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...     

基于多物理场耦合的J型线夹仿真分析

随着配网大力开展10 kV线路带电作业,J型线夹被广泛用于断接火项目,对其在线工作状态开展研究具有重要意义。为此建立了J型线夹1:1等比例仿真模型及其力-电-热耦合模型,考虑辐射和空气自然对流对散热的影响,采用三维多物理场耦合方法对其应力分布、电流密度分布以及温度分布进行了分析。结果表明:线夹在线工作时,应力分布极不均匀,接触面应力较大,最大值达到了6.8 G N/m~2,线夹最大位移为1.04 mm;电流密度分布亦不均匀,线夹与导线间电流传递集中于接触面的1/4区域,60%以上电流流经该处,接触面利用率不高,但上下线夹间电流密度分布较为均匀;由于电流分布不均,线夹表面温度也存在差异,温升最高点出现在火线凹槽部位,其值为50 K。     

基于多物理场耦合的高速机械开关气体缓冲仿真研究

针对高压直流断路器用的气体绝缘高速机械开关行程短、分闸速度高和机械冲击大的问题,文中提出一种气体缓冲系统用于降低触头运动速度和提高开关机械、电气性能。气体缓冲的高速机械开关的运动涉及瞬态电磁场、气流场和机械场等多物理场问题,文中采用多物理场耦合方法,利用有限元软件建立气体缓冲的高速机械开关动态模型,仿真了气体缓冲的高速机械开关运动特性,并分析了气体缓冲系统参数对开关动态性能的影响。仿真结果表明,电磁斥力机构的金属盘高速运动导致内部气流场变化和产生的气体阻力能有效实现高速机械开关的缓冲,同时气体压力在运动的最后阶段能恢复到初始气压,为高速隔离开关的快速重合闸操作提供保证。     

基于COMSOL的母线板多物理场耦合仿真分析

随着电力工业的快速发展,母线作为汇集、分配和传送电能的装置,广泛应用于各电工领域,但由于其流过电流较大,其温升发热问题不容忽视,该问题涉及到电磁场、温度场、流场及位移场等多物理场的综合应用。为了更好地研究其发热散热问题,采用COMSOL Multiphysics多物理场直接耦合分析软件,基于有限元理论,在考虑设备几何形状和材料物理特性影响的基础上,对母线板进行三维建模,分别在瞬态和稳态情况下对母线板进行电—热—力耦合场分析,电—热—流耦合场分析,研究母线板的温度、电流密度分布规律和由于热膨胀引起的形变大小,最后加入层流,分析在考虑气流冷却效应时母线板的散热情况,并对仿真结果进行研究分析。     

基于多物理场耦合的特高压并联电抗器振动噪声仿真分析与实验研究

为全面研究特高压并联电抗器振动噪声特性及预测大小,考虑电抗器振动噪声产生机理,建立了基于多物理场耦合的电磁-结构-噪声全过程仿真电抗器模型。基于场-路耦合的电磁学理论,采用虚位移原理计算了电抗器电磁力;基于电磁-结构耦合的动力学理论,以电磁力为载荷,求取电抗器振动特性与振动速度;基于结构-噪声耦合的声学理论,以电抗器振动速度为载荷,分析了电抗器噪声分布;通过实验验证了模型的准确性。研究结果表明:油箱表面振动信号可反映电抗器内部运行状态,送电瞬间电抗器从暂态过渡到稳态需1.5个电流周期,电抗器振动以100 Hz为主振频率,噪声集中于100 Hz为中心频率的1/3倍频带,最大噪声为83.2 dB。分析研究结果为电抗器的减振降噪提供了理论支持。     

矿用逆变器IGBT模块键合线多物理场耦合分析

针对传统多物理场耦合分析采用静态功率损耗导致有限元仿真精度低,且现有键合线失效未考虑Diode芯片及其键合线等问题,提出一种结合矿用逆变器工况条件的IGBT模块键合线失效机理分析方法。首先建立FZ800R33KF2C三维模型,其次通过双脉冲仿真与实验验证ANSYS simplorer搭建的特征化IGBT模型动态特性,使用该模型得到在矿用逆变器额定工况下IGBT芯片和Diode芯片瞬时功耗,然后结合矿用逆变器温升实验确定隔爆腔内环境温度参数,最后在ANSYS Workbench下进行热-电-力多物理场耦合仿真,对键合线脱落进行系统性分析。分析表明,在大功率IGBT模块键合线多物理场耦合分析中不能忽略Diode芯片及其键合线。并且在Diode芯片键合线和IGBT芯片键合线共同脱落的情况下,前者脱落对IGBT模块影响更大。     

强制对流散热对开关柜温升影响规律的仿真研究

在自然对流散热条件下,大电流开关柜难以达到温升标准,因此开关柜通常采用强制对流散热.为研究不同强制对流条件对开关柜内温升的影响规律,建立了电磁-传热-流体多物理场耦合模型,并通过实验验证了仿真模型的合理性.进一步地,设置了不同的风机组数和风机故障状态,形成了不同的柜内强制对流条件,仿真分析了相应条件下的开关柜内温升分布...     

低压预制母线温升特性的建模仿真研究

低压预制母线用于10 kV柱上变压器的二次侧,是一体化改造的重要举措,而研究其温升特性具有重要意义。论文主要选取额定电流为630 A的低压预制母线作为研究对象,首先建立了其三维几何模型,采用电磁场—温度场以及电磁场—气流场—温度场耦合的多物理场模型,对其展开了仿真研究,并与型式试验结果进行了对比,验证了仿真结果的正确性。处于自然对流条件下的预制母线采用电磁场-温度场耦合模型,处于强制对流条件下的预制母线采用电磁场—气流场—温度场耦合模型。同时,文中仿真分析了不同负载情况下的预制母线温升分布情况,仿真结果表明,即使负载为1.1倍额定电流,温升也未超过国家标准温升要求。文中进一步针对预制母线的不同绝缘包裹体材料热导率、不同环境温度和环境风速,不同铜排规格进行了仿真研究,研究结果表明,热导率的提升有助于温升的降低;环境温度对温升影响较小;而环境风速的增大对母线的降温效果明显。     

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。     

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...     

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℃。     

基于电-热-流多场耦合仿真的海底电缆载流量分析

海底电缆在各路段敷设方式下的温度场和载流量受多种因素的影响,其准确计算对提升海上风电场电能输送的可靠性和经济性具有重要意义。利用COMSOL仿真平台搭建交流三芯和直流单芯海底电缆在土壤直埋、海底直埋、海底平铺和管道敷设等情况下的“电-热-流”多物理场耦合模型,运用有限元法和牛顿迭代法计算海底电缆的温度场分布和载流量大小,并探讨埋设深度、海水流速、海水温度和保护管材料等因素对海底电缆载流量的影响。仿真结果表明:埋设深度、海水流速、海水温度等主要通过影响散热能力来影响载流量大小,合理选择敷设方案有利于提高海缆载流量和工程建设经济性。