等效热路在共箱隔离开关温升计算中的运用

隔离开关是气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)的重要设备,而温升试验是其型式试验的关键环节之一。为了在开发阶段更准确地评估隔离开关运行在大电流工况下的温升,基于传热学原理,考虑集肤效应、接触电阻、散热阻抗等因素,并兼顾到三相共箱设计,提出了一种基于等效热路模型的计算方法。将计算结果和试验数据对比分析,结果表明,所提出的计算方法能相对准确地评估三相共箱隔离开关重点节点的温升,为新产品开发提供重要依据。     

基于热电耦合方法的800 kV GIS隔离开关温度场仿真研究

温升是GIS设备的重要考核指标之一,温升过高会导致设备发热严重,进而影响GIS运行的可靠性。为准确分析GIS的发热和温升,基于有限元分析软件,通过热电耦合方法,建立800 kV GIS隔离开关损耗发热的求解模型,在综合考虑导体及外壳不同的散热系数、环境温度和材料电阻率随温度变化等多种因素的基础上,计算分析隔离开关的整体温度场分布。通过温升试验,对比主要部位温升的计算值和试验值,证明了该方法的准确性,为隔离开关的设计提供了参考。     

GIS隔离开关触头温升多场耦合数值计算与分析

GIS隔离开关触头过热性故障严重危害设备的可靠运行,为实现对GIS隔离开关触头温升和过热性故障的监测,建立了包含触头的GIS隔离开关的三维涡流-流体-温度多场耦合数值计算模型,用一段电阻率可变的导体来模拟触头部位的接触电阻,通过电磁场分析计算GIS隔离开关各个部位的电流密度和功率损耗,将功率损耗作为热源载荷代入流体-温度场耦合计算模型计算导体和外壳的温度场分布。基于该模型研究了GIS隔离开关触头温升反演规律及影响因素,结果表明A、B相触头与外壳温升存在1∶0.215的对应关系,C相触头与外壳温升存在1∶0.165的对应关系,研究成果可为开展GIS隔离开关的温升监测提供理论依据与技术支持。     

典型隔离开关与电流互感器的热场分析

隔离开关与电流互感器是电力系统的重要设备,对其进行热场分析与计算对于确保系统增容运行时的安全具有重要意义。针对典型隔离开关与电流互感器设备,应用热路模型法对其进行热场分析。模型包含稳态热场和动态热场两部分,并在建模过程中考虑了环境因素的影响。通过校验发现,模型计算结果与温升试验中现场实测结果偏差不超过10%,说明建立的隔离开关热路模型与电流互感器热路模型具有较高的准确性。     

GIS隔离开关不同接触状态下的温升特性研究

GIS因具有通流能力强、输送容量大、结构紧凑和使用寿命长等优点被广泛地应用于高压输电领域,而GIS隔离开关由于其封闭性和结构的紧凑性导致内部热故障不易被发现。因此,文中利用有限元多物理场分析方法建立仿真模型,分析了GIS隔离开关导体和外壳在同一负荷电流、不同接触状态下以及同一接触状态、不同负荷电流下的温升,得到GIS内部的温度场及流场分布情况,并搭建了GIS隔离开关温升实验平台进行实验验证。结果表明:通过对比多物理场耦合计算结果与实验结果证明了该模型的正确性以及有效性;触指是温升最高的地方,触头上方的位置为外壳上的最佳温度监测点;触头接触不良时的温升值和温升速率明显增大。文中的研究可以为GIS隔离开关的状态监测提供参考。     

基于有限元分析的不同电压等级GIS隔离开关温度场仿真研究

GIS隔离开关部位容易引起热故障,研究温度场分布可为GIS温度监测提供参考。基于AnsysWorkbench有限元仿真软件,针对不同电压等级的GIS隔离开关,建立多物理场耦合仿真模型,计算分析实际工况下隔离开关的温度场分布。同时分析外界环境温度和风速对导杆温度及外壳温度的影响,结果表明:环境温度的改变能导致GIS温度近似线性变化;风速能改变外壳与空气之间的对流换热能力,风速的增大能相应地降低导杆和外壳温度,但温度下降的趋势越来越缓慢,散热效果也在降低,两者呈非线性关系。最后,利用外壳温升、环境温度和风速三者的数值关系,总结出计算各电压等级的GIS隔离开关导杆温度的经验公式。     

GIS隔离开关温度分布特性的试验研究

气体绝缘组合电器(GIS)为全封闭紧密结构,其内部的隔离开关易于产生机械接触缺陷,在运行电流作用下,一旦隔离开关出现接触不良,将引起温度异常升高,通过温度检测可对GIS隔离开关机械连接状态进行判断。为了获取隔离开关内部动触头温度与设备外壳温度之间的关系,本文基于550 kV GIS开展温升试验,在GIS隔离开关周围布置温度传感器测量温度分布,同时在GIS外壳上进行外部温度的测量,试验研究了不同电流、不同接触电阻下的GIS内部及外部温升规律,结果表明GIS外壳与隔离开关触头的温升存在线性关系,正常情况下顶部外壳温升每上升1 K,对应触头温升提高1.924 K,而故障情况下,对应的触头温升提高2.85 K,并且顶部外壳温度变化范围大,对设备内部温度变化敏感,具有较好的温度辨识性,能更灵敏准确地反映内部触头的温升情况。试验结果分析阐明了GIS内部热源、热量传导路径及温度分布特点,为通过GIS外部温度检测进行内部温度的反演提供了试验基础。     

800kVGIS隔离开关磁场-温度场计算与分析

800kV GIS隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至超过允许温升,从而影响其工作性能,为了保证其工作的安全性和可靠性,建立了三维有限元分析模型对800kV GIS隔离开关的工频磁场进行分析。首先计算出隔离开关上的磁感应强度分布及涡流损耗,然后将涡流损耗值作为体积热源计算800kVGIS隔离开关的温度场,得出各部分具体温升值。结果表明:在环境温度为27.3°C的工作条件下,隔离开关主导体上的温升约为26.3K,外壳温升约为13.3K。计算结果和试验测试数据的对比验证了方法的准确性,进而为产品设计提供参考,为提高GIS隔离开关运行可靠性提供理论依据。     

基于多点分布式光纤光栅的GIS隔离开关触头温度在线监测技术

GIS设备导体触头温升过高会引发重大事故,光纤光栅技术在电气设备温度在线监测方面具有广泛的应用前景。针对光纤光栅温度传感器无法直接安装在导体触头表面进行温度测量的难题,提出了一种基于测量多点外壳温度及环境温度,从而间接计算导体触头温度的方法。建立了单相GIS隔离开关三维有限元计算模型,得到GIS内部温度分布规律,确定了多个光纤光栅温度传感器的最优安装位置。进行GIS隔离开关温升实验,将实验数据与仿真结果进行了比较,验证了仿真计算模型的准确性。最后利用人工神经网络算法对环境温度、外壳温度和导体触头温度进行了曲线拟合,计算结果与实测数据对比表明本方法具有较高准确度。该在线测温方法简单有效,无需破坏现有GIS设备的结构,具有较好的应用前景。     

考虑气流场影响的GIS温升计算与实验研究

准确计算GIS温升对于产品优化设计、缩短研发周期和降低研发成本等具有重要意义。为此,针对一台126kV三相共箱式GIS,考虑接触电阻、邻近与趋肤效应以及涡流效应的作用,首先建立了电磁–热耦合仿真模型,仿真分析了2 200 A电流条件下GIS的损耗分布及温升特性;接着为了进一步研究气流场对温升的影响,建立了GIS的电磁–热–流耦合模型,对比分析了仅计及GIS内部SF_6气体流体域、同时考虑GIS内部SF_6和外部空气流体域两种方法的温升计算结果;最后开展了2 200 A电流下的温升实验。结果表明:隔离开关导体的损耗密度要高于断路器导体,且接触电阻的损耗密度最大;考虑内、外流体域的计算方法精度最高,最大相对误差小于10%。研究为GIS温升特性的工程设计提供了有效的方法,也可为其他电力设备的温升计算提供技术参考。     

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。     

封闭母线接头温度场分布的数值分析

作为电力传输设备,封闭母线接头处的发热温升和散热问题是影响其工作稳定性的重要因素之一。在构建封闭母线接头简化结构模型的基础上,结合热量传递的3种基本方式：导热、对流及辐射,建立了封闭母线接头温度场数学模型;利用有限容积法对封闭母线接头温度场数学模型进行离散化处理,并建立了离散化方程;通过三对角阵算法迭代求解出封闭母线接头处内外温度分布。通过试验验证了所建立模型的正确性,从而利用该模型可以准确监测封闭母线接头内外温度分布。     

户外高压隔离开关电触头温升机理研究

针对110 kV以上电压等级隔离开关电触头易发热的现象,以具有代表性的GW4A-126型高压隔离开关为对象,研究电触头的温度特性。在简化电触头结构后,应用有限元分析软件ANSYS 建立触指部分的三维模型,在不同接触电阻、接触面积和负载电流的条件下对模型施加载荷,根据得到的温度场分析触指最高温度的变化情况。仿真结果表明：接触压力、接触电阻、接触面积、负载电流和触点材料是影响电触头温度的主要因素;接触电阻和负载电流越大,电触头温升幅度越明显;增大接触面积可以提高电触头的热稳定性。     

110 kV GIS同频同相交流耐压试验中三工位隔离开关内部电场分布特性

同频同相交流耐压试验技术因无须GIS母线全停,可以显著地提高供电可靠性,近年来在GIS改扩建工程中得到了广泛应用。目前110 kV GIS普遍采用三相共筒式结构,同频试验过程中三工位隔离开关断口或相间可能会存在击穿的风险,需要对三工位内部电场分布进行分析。采用有限元法对同频同相试验技术在110 kV三相共筒式GIS耐压试验中三工位隔离开关内部电场进行了分析,仿真中结合实际试验过程中的加压要求和加压过程所对应的边界条件,获得了试验中三工位隔离开关内部不同位置的电场分布特性,得到了不同加压方式电场较大的位置,在此基础上,对内部结构参数对电场的影响规律进行了分析,研究结果可以为同频同相试验技术在110 kV GIS耐压实验中的应用提供了理论和数据支撑。     

户内气体绝缘输电线路温升数值计算模型的研究

气体绝缘输电线路(GIL)载流量与温升密切相关,因此准确的温升计算对于GIL产品设计具有重要意义。建立了电磁场分析模型,计算出户内GIL导体与外壳功率损耗,并以该损耗作为热分析的体积热源。基于计算流体力学原理,将空气层引入求解区域,建立了GIL流体-温度场耦合有限元分析模型,并给出了基本假设与边界条件。利用该模型分别分析了不同负荷电流条件下的GIL稳态温升值以及阶跃负荷条件下的瞬态温度变化过程。温升计算结果与实测数据的对比证明了本文模型的有效性,所提出的方法为GIL热分析提供了参考。     

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。     

避雷器对GIS中快速暂态过电压的影响

本文采用EMTP软件对GIS中隔离开关操作时产生的快速暂态过电压(VFTO)进行仿真,研究避雷器对VFTO的抑制作用.对国内某550kV GIS水电站隔离开关4种操作方式下产生的VFTO进行计算和分析,优化选取避雷器在GIS内部母线上的安放位置.计算结果表明了,正常工作情况下,对于GIS内部由于隔离开关操作引起的VFT...     

GW16(17)-252型高压隔离开关完善化改造情况与分析

隔离开关完善化改造是消除设备隐患、提高运行可靠性、保证电网安全运行的一项重要措施。本文针对GW16(17)-252型隔离开关在运行中所出现的问题,分别提出了具体的完善化改造方案,并对方案加以归类、分析和总结,同时还介绍了该型号隔离开关的组成结构和工作过程原理。     

不拆解接地线的GIS导电回路电阻快速测量方法研究

GIS设备在安装及检修过程中,需要利用直流压降法来检测导电回路电阻,以检查断路器、隔离开关等设备的连接状况。但是,直流压降法在测量时需要拆解接地线,其操作繁琐、工作效率低。同时,还存在损伤本体结构,以及从周围带电设备感应出高电压的可能。为此,基于GIS设备的拓扑结构,提出了一种不拆解接地线的GIS导电回路电阻快速测量方法。该方法首先将GIS网络提取成多阶T型阻抗网络,通过节点电压方程和回路电流方程建立对应的阻抗矩阵。通过施加两次不同接线方案的直流激励源来求解该阻抗矩阵。同时,还分析了接地网络分流和三相相间分流对测量结果的影响,并在此基础上提出了该方法的激励源施加方案。经实例验证,该方法的测量结果与直流压降法的测量结果相似,同时还可有效提高工作效率,对同类型GIS设备的导电回路电阻测量具有参考意义。