中压开关柜温升特性的多物理场耦合仿真研究

长期过热问题威胁着中压开关柜的安全稳定运行,准确把握开关柜内部温升十分重要。为此以UR4-10型开关柜为研究对象,建立三维多物理场耦合仿真模型,探究不同电流下开关柜温度场和流场分布特性,以及负荷电流对开关柜温升特性的影响。研究结果表明：额定电流下通电导体回路整体温升从高到低为断路器触头处、上梅花触头、下梅花触头和进线母排;进线母排温度随着与母排搭接处距离的增加而逐渐降低;通过拟合函数的方式评估温度仿真数据已经趋于稳定,并得出在额定电流下开关柜最终稳定的最高温度为44.9℃;开关柜内流场分布较为稳定,内部空气流速分布范围在0.05～0.22 m/s;开关柜结构差异对对流散热的影响,使得三相之间以及上下梅花触头处产生温升差异;电流对开关柜温升影响较大,对柜内温升趋于稳定的时间和流场分布影响较小。研究结果可为开关柜温升研究和开关柜温度在线监测的监测点选择提供理论依据。     

高压开关柜温湿度分布的三维数值模拟研究

开关柜内部的温度、湿度剧烈变化将会导致凝露现象的发生,危害电力设备的安全可靠运行。针对40.5kV铠装型移开式户内交流金属封闭开关设备,建立开关柜的简化三维有限元计算模型,该模型中包括了母线、穿墙套管、断路器、触头盒、电缆等元件。该文计算了开关柜在导体正常工作流过大电流时内部元件的温度分布,同时仿真研究开关柜在外界环境相对湿度为0.8时的湿气扩散过程,得到开关柜内部元件的相对湿度分布。仿真结果表明,断路器触头盒表面温度较低,湿度分布较高时,极易发生凝露。此外,通过仿真分析发现采用加热和通风装置可以有效降低触头盒的表面湿度,提高触头盒表面温度,是一种可以减少开关柜内部元件凝露发生的有效方法。加热和通风装置的最优布置方式为同时安装在靠近触头盒和套管的开关柜柜壁上,对于降低触头盒表面凝露的效果优于设置单一的加热或通风装置。     

高压开关柜温度场数值分析

高压开关柜过热是威胁其安全稳定运行的关键因素,准确计算开关柜内部温升很有必要。本文采用Solidworks软件建立开关柜精细3D有限元模型,基于Icepak软件进行温度场和流体场的数值计算和分析。考虑空气对流散热和风扇强迫风冷的因素,通过控制热流路径上的空气网格尺寸和形状,实现了复杂模型温度分布的准确求解。以典型10kV高压开关柜为对象,根据开关柜各个部位的发热量,计算了柜体内的温度分布,计算结果表明断路器模块是开关柜中温度较高的区域,最高温度出现在上动触头处,是开关柜温度监控的关键。对开关柜进行了温升试验,通过对比仿真计算结果和试验结果,验证了仿真计算的准确性。     

高压开关柜接触发热温度场数值计算

开关柜内接触发热是造成柜内导体过热及绝缘损坏的主要原因。以典型箱式固定式开关柜XGN2-12/3150为研究对象,利用三维建模软件Solidworks及有限元分析软件ANSYS中进行开关柜接触发热温度场数值仿真。对额定电流运行时不同接触电阻造成局部过热状态下的高压开关柜温度场分布进行了数值计算和比较,计算分析认为隔离开关旋转触头、断路器触头、母排压接接头处的局部发热最高温度随接触电阻的增加呈线性增大趋势。在接头附近设置的温度监控点的温度与实际最高温度间的温差随接触电阻的增大而增大。接头附近设置的温度监控点可以用于判断接触发热程度,计算结果可以为温度校正及局部温升的监测提供依据。     

大电流开关柜温度分布特性的影响因素分析

负荷电流、环境温度、接触电阻是影响大电流开关柜温升的重要因素。本文针对4000A大电流开关柜建立仿真建模,利用COMSOL进行电磁-传热-对流多物理场耦合仿真计算,归纳了4000A大电流开关柜内部温度分布规律;研究了负荷电流、环境温度以及开关柜各部位接触电阻的增加对于母线和梅花触头温升的影响情况。本设计并进行了大电流开关柜不同负荷条件下稳态温升实验,实验结果验证了仿真模型的合理性。经计算得出,对于4000A大电流开关柜,在负荷达到约80%时,梅花触头温升已超出国标上限,需要对开关柜进行强制散热。环境温度对开关柜内部温升有较大的影响,在设计开关柜温升监测系统时不能忽视环境温度的监测。梅花触头与静触头搭接点接触电阻的增加较大程度影响梅花触头和母线的温升,因此需要对梅花触头的温升实时监测以确保及时发现异常运行状态。电流互感器是大电流开关柜中不可忽略的发热部位,若安装不当存在接触问题,则会产生异常温升影响整体母线温度分布。本文研究结果可为后续开展开关柜温升在线监测、故障位置判断以及设计运维方案提供一定的理论依据。     

一种高压开关柜隔离触头过热的监测方法

介绍了一种简单的高压开关柜隔离触头过热的监测方法。通过热偶测量隔离触头外绝缘套筒外壁的温升 ,经过计算可以得到隔离触头的温升。并由实验确定了一台 12kV高压开关柜监测时所需的参数     

装有记忆合金压片梅花触头的开关柜温度场仿真分析

针对开关柜中真空断路器梅花触头处温升问题,基于记忆合金材料的温度形变功能,在梅花触头上安装记忆合金压片,提高梅花触头的工作性能。测量不同温度时梅花触头处的接触电阻,利用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics对开关柜的温度场进行仿真分析,并进行了试验验证。仿真结果与试验结果表明:断路器梅花触头处使用记忆合金压片其温升明显低于使用普通压片时的温升,说明记忆合金压片有助于降低梅花触头温升,提高开关柜运行的安全可靠性。     

基于自然对流作用的开关柜热仿真及改进设计

针对KYN型开关柜在温升实验时触头发热温度超标的问题,依据实际结构建立三维有限元仿真模型,采用计算流体力学(CFD)软件对开关柜的温度场和流场进行了耦合仿真计算和改进设计,改进后的结果使开关柜满足国家标准对温升限值的要求,为开关柜实际运行以及降温优化设计提供参考依据。     

强迫空气冷却高压开关柜三维气流——温升仿真分析

为辅助高压开关柜设计及优化,减少试验次数、缩短产品开发周期;文中基于有限容积法对10 kV KYN-28A高压开关柜整体模型进行了三维气流—温升仿真分析。通过建立10 kV高压开关柜三维模型、划分网格、计算发热功率、采用有限容积法计算出开关柜内各部件的温度以及柜内气流分布。计算结果表明,强迫风冷状态下由于上下静触头盒内气流流速明显不同,上部隔离触头温度要高于下部隔离触头的温度,且为发热的主要部位。进行了相关的温升实验,数值计算结果与试验结果基本吻合。     

基于热管散热的大电流开关柜触头温度场分析

大电流开关柜的关键部件静触头,安装于树脂塑料触头盒内,空气对流空间狭小,散热效果较差,容易引发开关触头的过热、剧烈氧化和烧融等故障现象,给供电系统的安全性和可靠性的带来隐患。为了强化开关柜静触头的散热,控制其温升达到国家相关行业标准的要求,将热管散热装置安装于KYN44A-12大电流开关柜的静触头上,利用有限元方法对静触头的温度场进行了仿真分析,并在相应工况条件下对仿真结果进行了实验验证。研究结果表明,采用热管散热装置后,开关柜静触头的温度被控制在60℃以下,母线室及电缆室内静触头的温升得到了有效控制,从而提高了开关柜的通流能力和设备利用率。