环境因素影响下气体绝缘输电线路温升过程数值模拟

为了全面了解气体绝缘输电线路(Gas-insulated Transmission Lines,GILs)的温升特性,基于计算流体力学原理,建立了GIL流体场以及温度场耦合有限元分析模型,给出了求解域内相应的假设条件与边界条件,利用该模型分别分析了变化环境温度、风速以及日照等环境因素作用下GIL的温升变化过程,在分析过程中迭代计算等效表面对流换热系数或热流密度边界.将温升过程的计算结果与实测结果进行对比分析,结果表明不同运行环境下GIL的温升特性存在一定差异,结论对于了解复杂运行条件下GIL的温升变化特点提供了方法和依据.     

不同装配结构的气体绝缘母线接头 温升数值计算

为有效监测GIL母线接头温升,建立水平、90°转角单元装配两种不同结构下,GIL母线接头位置包含外部空气在内的GIL母线接头电磁场、流体场以及温度场耦合计算的有限元模型。迭代计算了与温度相关的焦耳热损耗,并将其按照区域映射至温度场、流体场进行温升计算。采用Boussinesq模型模拟GIL母线壳体内SF_6气体及空气的自然对流引起的温度场变化。利用该模型研究了运行电流及母线结构对GIL母线接头温升及外壳温升的影响,并对比了是否考虑气体自然对流时的温升计算结果。计算结果表明,气体对流作用下外壳内表面存在温度敏感点,结论为GIL设计和GIL母线接头温度监测提供了可靠的理论依据。     

气体绝缘输电线路温升数值计算及相关因素分析

气体绝缘输电线路(GILs)的温升计算对于其可靠性设计与运行状态监测具有重要意义。为了提高GIL温升计算的精度,建立了包含外部空气在内的GIL电磁场、流体场以及温度场耦合计算的有限元模型。迭代计算了与温度相关的焦耳热损耗,并将其按照单元映射方式耦合至温度场进行温升计算。采用多组分传输理论将SF6气体与空气的物性参数进行线性组合,实现了单一模型中存在不同流体时的换热分析。利用该模型研究了运行电流与环境温度对GIL温升的影响。对比了是否考虑气体非线性热物性参数以及变化表面对流换热系数时的温升计算结果。通过实验验证了有限元计算结果的正确性,该模型与结论为GIL设计与导体运行温度监测提供了可靠的理论依据。     

气体绝缘输电线路温升特性有限元分析

由于气体绝缘输电线路(Gas-Insulated transmission Lines,GIL)的载流能力与温度相关,本文提出了一种基于有限元分析的GIL温升计算方法。为了研究GIL的负荷电流、气体压强、绝缘气体类型以及导体直径四种参数对GIL温升的影响,建立了二维电磁场分析模型,根据流体力学理论,建立了温度场分析数学模型,并给出了模型求解域及边界条件。利用有限元法迭代求解数学模型,获得了在不同参数下的GIL稳态温度场分布,并探讨不同参数对GIL温度变化的成因、变化趋势以及影响,为GIL的参数优化提供了参考。对比实验数据与模型的仿真结果,验证了模型的有效性。     

户内水平敷设气体绝缘输电线路温升解析计算

根据传热学基本原理建立了单回水平敷设气体绝缘输电线路（Gas Insulated Transmission Lines,GIL）的稳态热平衡关系,给出了每相GIL外壳以及导体表面的对流与辐射换热量的计算公式,设计了GIL温度迭代计算方法,并根据该方法计算出不同负荷电流条件下三相GIL的稳态温度.与有限元法计算结果的对比表明了本文模型的有效性,所提计算方法为GIL设计与运行过程中的热参数分析提供了参考.     

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。     

基于热力耦合分析的GIL热致伸缩特性及其影响因素

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)的轴向热应变计算对于其可靠性设计具有重要意义。为了实现GIL轴向热应变的定量计算,建立了GIL热场、流场、力场耦合计算的有限元模型,考虑气体的对流作用,通过计算GIL导体和外壳的焦耳热损耗,将其作为激励加载到有限元模型中,计算了GIL管道轴向热应变。同时,利用由126 kV GIL管道、大电流发生器、应变解调仪、应变传感器等组成的GIL热应变测试实验平台,开展GIL管道热致伸缩特性实验。研究表明:导体和外壳温度分布均呈现分层现象,外壳温度分层现象比导体更加明显;GIL温度与轴向热应变均有近似的轴对称性,且GIL管道轴向热应变与负荷电流的平方和环境温度具有近似正相关关系;随着压强的增大,GIL导体温度逐渐降低,GIL外壳温度和轴向热应变逐渐增大,充0.5 MPa的SF6气体时比充0.1 MPa时伸缩量增加20%。通过对实验数据和仿真结果的对比分析,验证了所建立有限元模型的有效性。     

永磁同步电机多故障损耗分析与磁热耦合研究

为了研究车用永磁同步电机在多故障状态下,电机的定子与磁钢温度场的变化,利用Maxwell建立了电机有限元模型,以不同故障条件下各部分损耗作为温度场热源载荷,与ANSYS Workbench进行联合仿真。利用磁热耦合的方法计算模型,得出损耗变化曲线与定子、磁钢的温度分布图,总结了永磁同步电机多故障类型之间损耗与温升的关系,分析了多故障下永磁同步电机各部件温升的变化。对比电机在多故障条件下各部分温升,总结了多故障条件下电机的温升规律,对电机故障的预防与诊断有一定的参考价值。     

环境因素影响下GIL温升特性的仿真计算分析

为研究不同环境因素对架空敷设式气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)温升特性的影响,建立电磁场-热场-流场多物理场耦合计算模型,进而分析了不同环境因素影响下GIL外壳和导体温度变化特征、外壳外表面的对流换热系数变化及不同负载GIL温升受环境因素影响的差异性。结果表明:风速与GIL温降的关系是非线性的,风速在0～3 m/s时,外壳和导体的温度下降较快,当风速高于3 m/s时,外壳和导体温度随风速增加下降速度越来越小,最终导体温度趋于稳定值,外壳温度逐渐接近于环境温度,当风速相同时,GIL负荷电流越大,导体和外壳温降速度越大;太阳辐射强度对GIL温升的影响基本呈线性关系,且太阳辐射强度对外壳温升的影响更明显,太阳辐射强度相同时,导体和外壳的温升差随负载电流的增加而减小;导体和外壳温度与环境温度基本呈等斜率线性关系。     

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。     

400 MW整体煤气化联合循环机组脱硝方案比较

整体煤气化联合循环（integrated gasification combined cycle,IGCC）电厂是我国洁净煤发电的主要方向之一.为了合理选择NOx排放方案,基于流程模拟软件Thermoflex建立了400 MW级IGCC系统模型,采用回注氮气或蒸汽法降低燃气轮机燃烧温度以减少热力型NOx排放,回注所需稀释剂不足时结合余热锅炉＋选择性催化还原（selective catalytic reduction,SCR）法,保证各脱硝方案下排烟中NOx含量均为50 mg/m3;在燃气轮机功率为286 MW工况下比较各系统的热力性能,并结合工程实际计算各方案初始投资.结果表明：回注氮气脱硝效果不如注蒸汽,但回收利用来自气化岛氮气可提高能量利用效率,增加燃气轮机出力,系统效率有所提高;在目前IGCC电厂关键设备的技术水平下,增大SCR脱硝比例可改善ICCC系统热力性能,而IGCC电厂单位投资和运行成本也将增加.随着IGCC系统关键技术的提升,回注氮气法将会是最具环保节能潜力的脱硝方案.     

电磁脉冲环境下电磁继电器温度场仿真

对电磁脉冲（EMP）环境下的电磁继电器温度场分布进行了三维有限元热电耦合仿真。在建立热分析模型时对热源进行了等效处理,通过电路仿真得到了电磁脉冲在电磁继电器接触系统回路中引入的干扰电流。在仿真中基于热相似理论计算了电磁继电器各向表面的对流散热系数,考虑了连接导线对散热的影响,得到电磁继电器的温度场分布。     

低压万能式断路器散热分析与优化研究

利用万能式断路器（ACB）温升仿真方法,包括触头接触、接线端等环节的接入电阻、空气的Boussinesq近似以及导体在空气中的散热等计算和仿真建模等效,在Ansys和Fluent软件平台上,通过二次开发,建立了某ACB长时间通电的温升仿真模型。重点探讨了ACB温升优化的设计思路,利用仿真模型,分析并优化了断路器的温升。最后通过试验验证了设计方法的可行性。     

基于混合气体热特性的GIL氮气使用配比研究

SF₆/N₂混合气体具有绝缘性能良好、环境效益好等优点,被认为是能替代SF₆的最具发展前景的气体之一,但SF₆/N₂混合气体在不同场景下的混合比问题尚缺乏研究。文中在保证气体绝缘输电线路(GIL)绝缘水平的前提下,建立多物理场耦合计算模型,从混合气体热特性的角度出发,分析不同绝缘气体压强、负载电流和环境温度下SF₆/N₂混合比与GIL温升之间的关系,为GIL在不同场景下选择合适的SF₆/N₂混合比提供依据。结果表明：绝缘气体压强和相同压强下SF₆含量均与GIL温升呈负相关关系;设备的负载电流长期超过3 kA时,建议SF₆含量为40%～60%;设备运行在中低纬度地区时,建议SF₆含量为40%～70%,运行在高纬度地区时,建议SF₆含量为30%～40%。此外,由于设计GIL设备时考虑了安全裕度,因此通常SF<...     

不同环境因素下GIL温度场分布特性研究

目前针对气体绝缘输电线路(GIL)温度场分布的研究缺少对影响因素,尤其是管廊敷设时的通风速度、露天布置的太阳辐射温度场分布及其热特性影响的定量分析,因此文中采用多场耦合分析方法,基于COMSOL仿真开展GIL温度场分布及其影响因素研究。建立多物理场耦合计算模型,进而分析不同运行环境对GIL热特性的影响。结果表明:在泵风速度和日照的影响下,GIL温度场轴对称分布特点被破坏且壳体温度极值大小和位置发生改变,不同运行环境下的GIL热特性存在差异。随着泵风时间与速度的增加,入口处与出口处温度差异逐渐增大,最终壳体与导体的温度趋于稳定值; GIL壳体温度极值点随日照方向和强度的改变而改变; GIL管廊中三相垂直布置情况下,当壳体间留有合适的散热距离时,壳体之间的温度影响甚微。     

基于FPGA全自动浪涌保护器热稳仪设计

为提高浪涌保护器(SPD)热稳定测试的效率,采用现场可编程阵列(FP-GA),基于可编程片上系统(SOPC)技术,对SPD热稳仪进行设计与开发。设计了相关控制策略,实现了由变频电源、变压器等器件组成的硬件电路,给出了Nios II处理器的相关配置。利用VB语言开发的上位机系统软件,实现试验流程输入、升降压按钮操作及波形显示和参数计算等功能。应用FPGA作为下位机处理器,实现对热稳定测试流程的控制。样机验证结果表明,电流误差均在±3%,符合设计要求,可为热稳定测试提供按照流程自动变化的恒定交流电流,同时可监测SPD的电压、电流和温度,具有较高的精度和效率。     

火电厂入炉煤低位热值实时测量的研究及其应用

在电厂燃煤煤种杂、煤热值波动大的背景下,锅炉正平衡煤耗计算结果的准确性成为难题。为此,利用设计资料中机组负荷与设计煤种煤量的对应关系以及实际负荷、实际煤量、设计煤种低位发热量等指标,通过锅炉燃煤技术指标建立模型测算燃煤热值;在机组协调控制系统（coordinated control system,CCS）中增加燃煤的实时热值修正回路,用燃煤的实时热值进行汽温、汽压调节,有效地改善了自动发电控制（automatic generation control,AGC）性能;针对机组辅机故障减负荷功能（run back,RB）在燃煤热值大幅度变化时存在目标煤量不能与负荷完全对应的隐患,利用RB动作前燃煤的实时热值及时修正RB目标煤量,确保RB目标煤量全工况适应煤质变化,与RB目标负荷相对应,提高了RB的动作正确率;用软测量所得的煤实时热值代替化验值,在耗差分析系统中实时计算正平衡煤耗,大幅度提高了煤耗计算的准确性。目前,该方法在大唐国际系统中的所有火电企业中得到推广应用。