基于磁场-流场-温度场耦合的GIS母线热分析

GIS(气体绝缘组合电器)母线的温升和散热性能是影响其工作稳定性的重要因素之一。基于磁场-流场-温度场耦合的有限元方法分析了GIS母线温度场,通过计算145 k V GIS三相母线的涡流场分布,得到母线导体和外壳的功率损耗,建立流场以及温度场有限元分析模型,将功率损耗作为母线体积热源耦合到温度场模型中,计算母线温度场,将仿真数据与试验数据进行对比,验证了温度场计算结果的正确性。实践证明,该有限元分析方法对GIS母线产品设计具有一定参考价值。     

气体绝缘母线热计算及其影响因素分析

气体绝缘母线的散热性能研究是母线设计及状态检测的重要环节。分别建立了分相及三相共箱式母线涡流场、流体场以及温度场有限元分析模型,将涡流场分析得到的焦耳热损耗作为热源间接耦合至流体场与温度场。进行温升计算时,考虑了对流与辐射换热过程中流体密度、导热系数以及动力粘度随温度变化的特性。通过确定换热边界条件,求解出不同结构母线的温度场分布,与实验数据的对比验证了计算结果的正确性。应用此热计算模型研究了环境温度、气体压强以及负荷电流对不同结构母线温度场分布的影响,所得出的结论对于母线设计及其运行期间的状态检测具有一定的参考意义。     

基于流体多组分传输的气体绝缘母线温度场数值计算与分析

气体绝缘母线的工作状态与其散热性能以及温升直接相关。建立了有限元模型计算母线导体焦耳热损耗以及外壳涡流损耗,根据流体力学理论,采用流体多组分传输模型计算母线流场与温度场分布。利用单元映射方法实现涡流场、流场以及温度场的间接耦合,综合考虑母线与其内部绝缘气温度变化特性。针对分相封闭母线及共相封闭母线两种不同母线结构稳态与瞬态温度场进行数值计算,分析了母线与气体及外部空气边界的对流与辐射换热效应、流体物性参数随温度变化特性。针对分相封闭母线及共相封闭母线两种不同母线结构稳态与瞬态温度场进行数值计算,分析了母线与气体交界面对流与辐射换热量的比例关系、传热系数分布以及母线温升随电力负荷与时间的变化过程。通过对比计算结果与传统工程算法、单组分分析方法以及实验结果,验证了该模型的正确性。     

非晶合金屏蔽层固体绝缘发电机封闭母线热场分析

对于大电流的传输电设备而言,发电机出口母线的发热、温升和散热问题是影响发电机工作稳定性的一个非常重要的因素之一。针对一种采用固体绝缘结构的发电机管型封闭母线,研究其在不同工作条件下的温升和散热特性。文中采用ANSYS软件建立封闭母线的温度场分析二维模型,并结合传导、对流及辐射等热传递模式,进行温度场仿真。在此基础上分析环境温度、气体压强以及不同负荷电流下的母线发热现象,分析出具有良好温升特性的发电机固体绝缘母线绝缘结构参数和运行条件。     

气体绝缘母线三维涡流场有限元分析研究

涡流损耗是气体绝缘母线(GIBs)温升的主要原因,为了提高GIB温升计算精度,建立准确的涡流场分析模型尤为必要。以某126 kV三相共箱式气体绝缘母线为研究对象,对触头结构进行了适当简化,考虑了触头接触电阻,并对其进行等效处理,采用A,φ-A法建立母线正弦稳态三维涡流场数学模型,并利用伽辽金法对模型进行有限元离散,计算出近似额定负载电流条件下GIB的电流密度及焦耳热损耗分布。结果表明,因接触电阻产生的焦耳热损耗约占GIB整体功率损耗的40%,在进行母线热分析时不能够忽略触头接触电阻对母线温度场计算造成的影响。该模型对于提高GIB温升计算的准确性具有实际意义。     

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。     

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。     

气体绝缘输电线路温升数值计算及绝缘气体换热能力

为研究三代气体绝缘输电线路(GIL)温度分布情况及绝缘气体换热能力的影响因素,充分考虑材料参数与温度的非线性关系,采用有限元法精确求解导体和外壳损耗,建立多场耦合模型求解GIL温度分布。利用模型计算了三代GIL的运行温升,分析了绝缘气体物性参数对其换热能力的影响,最终得到以下结论:考虑流场与温度场的耦合有利于进一步提高GIL温度场计算精度;在相同条件下不同代GIL外壳温升基本相同,但导体温升与内部绝缘气体热物性参数相关;GIL中影响绝缘气体换热能力的主要因素为气体的体积热容,通过调整体积热容可以改变气体换热能力。     

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...     

母线通流温升对GIS内绝缘特性影响的仿真研究

GIS母线通流产生温升发热现象,进而引起SF_6的流动使其分布不均。SF_6击穿特性受其分布不均性的影响极大,极易在分布不均的局部区域出现击穿现象,从而引发绝缘故障。为此文中开展了母线通流温升对GIS内部绝缘特性的影响研究。建立了考虑集肤效应、涡流损耗、电导率温升效应的1 100 kV GIS气室电磁场—温度场—流场耦合模型,求解了SF_6在GIS母线通流温升条件下的流动情况。结果表明:母线通流温升的确使SF_6分布不均,温升越高区域SF_6分布越稀薄,绝缘水平下降越厉害。为定量得到GIS内部绝缘状态,在分析SF_6击穿特性基础上,根据绝缘裕度的概念建立了绝缘裕度计算模型,得到了GIS内部绝缘特性。计算结果表明:母线通流温升使GIS内部绝缘水平大幅下降,从14.51 kV/mm降到9.92 k V/mm,有被击穿的危险。这表明母线通流温升对GIS内部绝缘水平的影响不能忽略,这一点在今后的GIS内绝缘设计中应予以高度重视。     

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。     

双水内冷同步调相机定子温度场分析

温度场的研究对双水内冷同步调相机安全运行具有重要的意义。针对双水内冷同步调相机,采用有限元法建立了电磁场二维模型以及流体-温度三维温升计算模型,求取了电机不同运行工况下的电枢电流、励磁电流以及对应的电机定子损耗。在此基础上,根据流体-温度耦合的传热理论,以定子线圈和铁心损耗为热源,求解定子各部分温度分布,研究电枢电流、冷却水流速、冷却水进水温度对定子温升的影响。结果表明,双水内冷同步调相机运行时定子下层线圈温度高于定子上层线圈温度,定子线圈最高温升与电枢电流的二次方呈正比,且其温升与冷却水的流速相关,与进水温度成正比。本文中关于温度场的研究可为大型同步调相机散热结构优化及过载能力分析提供理论参考价值。     

电压互感器温度场计算研究

电压互感器是电力系统中重要的测量设备,温度是影响其测量精度的一个主要因素。为了分析电压互感器的温度场分布、提高电压互感器的散热能力,采用ANSYS软件与CFX软件进行电压互感器的温度场和流体场耦合仿真计算的方法,以10 kV电磁式电压互感器为研究对象,建立了简化的温度场仿真计算模型。通过仿真计算,在考虑空气对流散热,采用扫描剖分的条件下,获得电压互感器模型的温度分布及热点温度位置。分析了影响热点温度的因素。计算结果表明,低压顶部绕组是电压互感器温度最高的部位,是温度监测的关键;油的热导率与粘度在正常温度范围内对温度场计算影响不大,可以忽略,侧表面的对流换热系数对热点温度的影响较大。采用增加侧表面换热能力的方法,可以增强电压互感器的散热能力。     

贯流式水轮发电机转子的电磁场和温度场计算分析

针对大型贯流式水轮发电机转子损耗发热难以全面监测的问题,建立了发电机二维场路耦合时步有限元模型和转子三维温度场有限元模型,考虑了电磁场时变、运动、非线性等因素对损耗的影响以及转子铁心各向异性导热性能和磁极迎风面、背风面散热性能差异对发热的影响.在此基础上,以1台36MW 贯流式水轮发电机为例,对其额定对称工况的转子损耗和温度分布规律进行了综合计算分析,并与实测数据进行了比较.结果表明,本文计算精度较高,其研究工作对探讨大型贯流式水轮发电机转子的损耗发热规律、提高其过热监测与保护水平,具有参考价值.     

车载油浸式空心电抗器瞬态温度场计算和分析

车载油浸式空心电抗器进行特高压GIL交流耐压试验时工作电流大,绕组发热功率高。为避免过热故障,研究耐压试验情况下车载油浸式空心电抗器的瞬态温度场十分必要。文中应用有限元法耦合计算了二维轴对称电抗器模型的瞬态温度场和绝缘油瞬态流体场,分析了车载油浸式电抗器的温升和散热特性。车载油浸式空心电抗器依靠绝缘油自然对流散热速率有限,文中计算了两种辅助优化散热措施。外部吹风辅助散热措施易于实现,但散热速率提高有限。环境温度降低辅助散热实现难度适中,降温效果好于外部吹风辅助散热。文中计算结果为特高压GIL交流耐压试验提供了理论参考。     

真空泵用屏蔽式永磁同步电机电磁场-温度场互相迭代计算方法

真空泵用屏蔽式永磁同步电机发热严重,因此在设计阶段准确预测其温度对于真空泵系统的安全稳定运行具有重要意义。针对当前电机电磁场-温度场双向耦合计算方法只能考虑温度对电机材料物理性质参数的影响,提出了一种电机电磁场-温度场互相迭代计算方法。该方法不仅能够考虑温度对电机损耗和永磁体磁性能的影响,还能够考虑温度对电机部件材料导热能力和散热能力的影响,使电机电磁场和温度场预测更加符合实际情况。以一台1.5 kW屏蔽式永磁同步电机作为研究对象,基于提出的方法对电机的电磁性能和温度特性进行分析,并将分析结果与电磁热双向耦合计算结果进行了对比。此外还利用提出的互相迭代法分析了环境温度对电机温升的影响。该研究不仅可以为屏蔽式永磁同步电机优化设计提供理论依据,还可以为其运行安全性和可靠性提供参考。     

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。     

大功率九相变频异步电机通风系统热流耦合仿真分析

为了有效解决大功率低速异步电机通风散热难题,基于热流耦合仿真分析计算方法,以1台2 800 k W、8极九相变频异步电机为例,系统分析了顶吸式强迫风冷电机内定子齿压板宽度距离对电机内风量分配、绕组温升分布以及内部风阻特性的影响,并筛选了匹配方案;同时,对比分析了九相减薄绝缘结构与三相高压绝缘结构的换热性能。最后,进行了电机的温升试验测试,温度场计算值与试验结果基本吻合,验证了基于热流耦合仿真分析计算的准确性和有效性。     

基于电磁-热耦合场的架空输电线路载流量分析与计算

架空输电线路的允许载流量是保证其安全运行的重要参数之一。根据架空输电线路产热和散热的特点,建立了架空导线的磁场-温度场耦合二维有限元分析模型,确定电磁-热耦合场分析的边界条件,求解得到了架空输电导线内部电磁场分布。将得到的焦耳热损耗作为热源耦合至热场模型进行计算,并采用数值迭代法求解得到架空输电导线的允许载流量。此外,基于该仿真模型通过仿真分析得出了不同外部环境因素对架空输电线路载流量的影响规律。该研究成果可以为架空输电线路的热分析和载流量计算提供一定的参考。     

电动滚筒用永磁外转子电机水冷系统的设计与分析

针对皮带运输用永磁外转子电动滚筒电机散热能力弱、转矩密度低、绕组温度高等问题,设计了一套基于710 kW电动滚筒的水冷系统,该系统通过流固耦合的方法建立三维场求解模型,并进行求解计算。同时分析了水道构型、水流量、水套外径、壁厚、水道数量、高度等参数对温升的影响。通过仿真分析和温升试验,验证了所设计的水冷系统有利于提高电动滚筒的散热能力,为进一步提高电动滚筒的转矩密度提供参考依据。