高压断路器损耗发热的三维电磁场与流场耦合仿真分析

文中工作的开展是为了解决高压断路器小型化或增容设计时带来的温升问题。在综合考虑绝缘件的介质损耗、筒体涡流损耗、接触电阻、集肤效应、热传导、自然对流和辐射等因素的基础上,建立了高压断路器的三维电磁场与流场耦合发热仿真模型,采用Ansys和Fluent进行求解,分析了温度分布趋势,研究了集肤效应、介质损耗、涡流和辐射等因素对温升计算的影响。结果表明:集肤效应、接触电阻、筒体表面的辐射对温升计算影响较大,而铝合金壳体的涡流损耗与绝缘件的介质损耗可以忽略不计。最后对仿真结果进行了试验验证,最大相对误差为9.1%,满足工程设计精度要求,对断路器结构设计具有重要指导意义。     

GIS温度场分布特性及影响因素的有限元仿真研究

气体绝缘开关(GIS)装置在运行过程中,电流流过高压导体时会导致设备发热,进而影响设备的可靠运行。综合考虑了涡流损耗、集肤效应、邻近效应、SF_6气体对流传热等因素,对GIS温度场的分布特性进行仿真研究,得出GIS隔离开关、导杆、盆式绝缘子等部件的温度分布规律,分析了材料、外部气体温度、风速和太阳辐射等4种因素对GIS温度分布的影响规律。结果表明:在GIS的横截面上,温度由内到外逐渐降低;从散热的角度考虑,铜芯铝壳是GIS的最佳结构形式;外界空气温度对GIS温升的影响不明显;风速增大会导致GIS的温升降低;太阳辐射能有效提升GIS的温升效果。     

850 MW水轮发电机汇流铜排损耗与温升分析

由于集肤效应和邻近效应的影响,大电流汇流铜排的附加损耗显著增加,其发热问题逐渐凸显。本文根据电磁学和导热学理论,建立了850 MW水轮发电机汇流铜排的实体模型,在综合考虑集肤效应、邻近效应、流场、结构布置等多种因素影响的基础上,运用有限元方法分析计算了该汇流铜排的损耗和温度分布规律,并对影响其温升分布的各主要参数进行研究,为汇流铜排的优化设计提供了支持。     

±500kV电子式直流电流互感器集肤效应分析

介绍了用于高压直流电流测量的电子式直流电流互感器,针对其中关键部分——分流器,深入分析了集肤效应的影响。正常情况下在高压直流线路中,流过分流器的电流为直流,但过渡过程及不可避免的干扰会产生一定的谐波电流,由此引起的集肤效应可能会对测量和保护产生影响。本文在理论分析的基础上,结合自行研制的样机和贵州—广州±500kV线路采用的西门子公司的直流电流互感器及其实际挂网试验证明:采用鼠笼结构的分流器,3kHz以下的谐波电流,其集肤效应不会对测量和保护产生影响;对3kHz以上的谐波电流,分流器的集肤效应影响大,必须严格控制谐波电流以保证分流器的性能,同时可在二次电路中进行滤波处理以保证测量和保护的准确性。     

汽轮发电机稳态与负序工况下转子涡流损耗计算和温度场分析

以150MW空冷汽轮发电机为例,根据电磁和传热学理论,分别建立电磁场和温度场的二维数学模型。利用数值方法,计算了发电机在三相负载不对称时,负序电流(稳态负序)在转子上产生的涡流损耗以及由涡流损耗引起的温升。为了研究不同材料对转子各部分温升的影响,分别计算了槽楔为铝和铝青铜两种材料时在转子表面产生的涡流损耗和温升。同时计算了转子表面大齿区域没有槽楔时相应的涡流损耗和温升,与转子表面大齿区域有槽楔的情况相对比,得到一些有益的结论。     

柔性直流电子式电流互感器分流器建模方法与传变特性

对直流电子式电流互感器(electronic current transformer,ECT)的建模方法与传变特性进行了研究。首先介绍了直流ECT的工作原理,理论分析了温度和集肤效应对测量误差的影响。然后根据工程中实际使用的直流ECT,在PSCAD/EMTDC软件中建立仿真模型,通过分别测量自定义电流和南澳柔性直流输电系统实际电流,改变模型关键参数,研究直流ECT的传变特性。仿真结果表明,温度、集肤效应是造成直流ECT测量误差的主要原因,减小分流器导体半径能够明显减小集肤效应造成的测量误差。     

基于谐波损耗的干式变压器降容研究

IEEE Std C57.110中给出了计算电流畸变情况下变压器损耗的计算方法,其利用绕组涡流谐波损耗因子和杂散谐波损耗因子计算变压器的涡流损耗和杂散损耗,但忽略了绕组高频交流情况下集肤效应和邻近效应引起的附加损耗,计算精度受到一定影响。为了精确计算变压器谐波情况下的损耗,引入了绕组电阻谐波损耗因子,考虑了谐波情况下绕组集肤效应引起的损耗,并据此计算变压器最大负荷电流。在此基础上,研究了电流畸变率对干式变压器降容率的影响,计算结果表明谐波对干式变压器最大负荷电流及带负载能力有较大影响,当谐波畸变率达到60%时,变压器带负荷能力减小一半。     

谐波电流下油浸式配电变压器负载损耗及绕组热点温度分析

为了研究电流畸变情况下油浸式配电变压器负载损耗和绕组热点温度的变化规律,基于IEEE StdC57.110中的绕组涡流谐波损耗因子和杂散谐波损耗因子,并考虑绕组在谐波电流下的集肤效应会增强,定义了绕组电阻谐波损耗因子,从而建立了变压器在谐波电流下负载损耗计算模型。考虑到绕组涡流损耗密度分布不均对绕组热点温度的影响,利用文中所建立的变压器在谐波电流下负载损耗计算模型修正了IEEE Std C57.110:2008的绕组热点温度计算公式。分析结果表明,谐波电流会引起较大的额外负载损耗,谐波畸变率为40%和60%时负载损耗分别增加了近0.5倍和1倍,此时顶层油温和热点温度也有较大增加,顶层油温升和热点温升在畸变率为40%时分别达到了71.6、102.7 K,远超过温升限值。同时发现谐波频率越高,负载损耗和热点温升增加越快。     

内部导体结构对GIS母线损耗发热的影响

为研究内部导体结构对GIS母线的损耗发热的影响,运用有限元方法,以单相CIS母线为例,建立其损耗发热的电磁场-流场-温度场求解模型.在综合考虑集肤效应、涡流损耗、电导率温度效应、对流与辐射散热、以及重力加速度等多种因素影响的基础上,针对圆环、八边形、开缝圆环及开缝八边形等内部导体结构设计方案,计算分析了母线的热源和温度...     

变压器束绞圆导线线圈中涡流损耗的研究

在考虑集肤效应和邻近效应的前提下 ,计算了电缆绕组变压器线圈的涡流损耗。首次提出了集肤效应损耗系数和邻近效应损耗分裂导线系数概念 ,并通过一定的数据样本拟合了这两个系数的多项式表达式 ,用该表达式计算了某一三相电缆绕组变压器线圈的涡流损耗。结果表明大容量的电缆绕组变压器线圈中导线的分裂束绞绝缘可显著降低涡流损耗     

主变接线错误造成继电器烧毁

我县和平电站35kV主变为SJL1-3150kVA;35/6kV;Y/Δ-11接线组。采用纵差保护,装置三相BCH-2型差动继电器。差动保护用电流互感器,35kV侧为主变35kV油断路器(DW2-35)中的LRD-35套管式电流互感器;6kV侧为主变6kV开关柜中的LFCD-10型电流互感器。     

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。     

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。     

架空导线的交流电阻计算方法对比

架空导线交流电阻是由直流电阻及其在交流电流下的电阻增大部分组成,由于交流电阻增大的成因复杂,准确计算导线交流电阻困难,通过研究导线集肤效应、磁滞涡流损耗的产生机理,给出了基于Bessel函数的集肤效应算法、Morgan交直流电阻比法和日本JCS 0374算法,并对3种算法计算交流电阻的敏感因素进行了对比分析,最后给出了架空导线交流电阻计算的推荐算法。     

LB1型互感器氮气压力监视及补油、充氮装置的应用

通过对LB1型高压电流互感器结构及补油、充氮作业的分析,提出氮气压力监视及补油、充氮装置的应用,实现变电站运行人员实时监测互感器内氮气压力,保证及时发现和排除氮气压力降低缺陷;并在不破坏储油柜密封情况下,进行补充绝缘油和补充氮气工作,作业工序简便快捷,仅需0.75小时,并且不易混入空气,符合产品说明书的技术要求.     

550kV环氧浸渍干式油-SF6电容套管温度场分析

为了验证550kV环氧浸渍干式油-SF6电容套管的温升性能,对该套管在5 000A和6 300A条件下的温升进行了试验分析,获得了套管温度分布规律;建立了套管温度场有限元计算模型并对套管进行了热-电耦合传热分析。结果表明:温升试验条件下,套管油侧温度高于SF6侧,电流越大,套管各部位温度越高;集肤效应及邻近效应可使套管内外导电管产生沿径向分布不均匀的电流密度;5 000A电流下,自油侧到SF6侧导电管温度呈现先增大后减小的趋势,套管内导电管中间位置温度计算值最高;所建立的套管温度场模型计算结果与实测结果基本一致,可为干式套管的优化设计提供理论和实践依据。     

环氧浇注电流互感器一次绕组导线截面的确定

介绍了在电流互感器一次绕组的热计算中，考虑到集肤效应和邻近效应引起的附加损耗。从而在确定一次导线截面积的公式中引入了附加损耗系数。     

大电感电力电缆设计

电容电流过大是电力电缆线路最重要的问题之一。为减小电力电缆线路的对地电容电流,对传统电力电缆进行了创新设计,在电力电缆线芯外添加了磁粉层而成为大电感电力电缆。介绍了大电感电力电缆电感和电容的计算方法。建立了大电感电力电缆和传统电力电缆的ANSYS有限元仿真模型,对它们的导体电阻、绝缘电阻、电感、电容、集肤效应和涡流损耗进行了对比分析;建立了2种电力电缆的基于MATLAB的对地电容电流仿真模型,并对它们的对地电容电流和接地故障时的暂态电容电流进行了对比分析。结果表明:大电感电力电缆能够满足传统电力电缆的基本技术要求;根据磁粉量的大小不同,大电感电力电缆的单位长度电感值可达传统电力电缆的2~10倍,电容电流比传统电力电缆减小10%~20%,涡流损耗比传统电力电缆减小1%;并且磁粉层越厚,电容值就越小。因此,增加磁粉层,不仅能减少电容,从源头上减少电力电缆的电容电流,而且能降低电力电缆的集肤效应和涡流损耗。     

电机转子拉紧螺杆涡流损耗分析

铜条转子铁心的叠压固定经常会使用拉紧螺杆,由于转差率等因素的存在会在拉紧螺杆内产生涡流损耗,影响电机的温升和效率,传统的磁路设计忽略了涡流损耗的计算.以一台YHP560-6 400kW 10kV电机为例,利用有限元法,对转子拉紧螺杆的涡流损耗进行计算,并以此结果分析了拉紧螺杆涡流损耗对电机性能及温升的影响.     

连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响

脉冲电感线圈可产生脉冲强磁场,可应用于电磁发射、电磁成型、脉冲功率电源等多个领域。线圈通过脉冲大电流,在产生强磁场的同时,由于焦耳热温度会急剧升高,温度过高可能会使线圈发生结构损坏。考虑涡流效应单次放电时电流会集中在导体外表薄层,从而使得局部电阻和温升增高,连续放电时由于线圈存在散热过程,导线温度会重新分布,是否还需要考虑涡流效应对线圈温升的影响,目前没有相关分析。因此,本文针对连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响,建立了二维电感线圈电磁-热多物理场瞬态耦合传热模型。首先,计算了绝热条件下的导线温升,与理论公式所得导线温升进行对比,验证了仿真所建模型的准确性;然后分析了单次放电时考虑涡流效应与加载均匀电流时电感线圈电流密度以及温升的分布特点,对比了两种加载方式下线圈不同时刻的温升差异;最后对连续放电条件下两种加载方式的线圈温升进行了对比分析,结果表明：1 ms电流峰值时刻考虑涡流效应的线圈存在严重的集肤效应,导线外表面温升最高,20 ms时刻由于温度的累积效应以及导线热传递作用,导线各匝温度分布均匀,与加载均匀电流的导线温升一致;六次放电后,放电间隔分别为6 s与50 s时,考虑...