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。     

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。     

断路器手车触头过热性故障机理分析及防止措施

断路器手车触头接触不良发热,会导致过热,甚至会发展成为电网事故。基于多场耦合有限元法建立了断路器手车触头温升计算的三维模型,采用该模型对不同插入深度和偏移角度进行了力场计算,分析了静触头插入深度和偏移角度对接触压力的影响,并进行了插入深度试验,结果表明,插入深度不足导致的梅花触头接触电阻增大是断路器手车触头过热性故障的主要原因。接着计算分析了在额定电流作用下静触头插入深度为1/2时的断路器手车触头稳定温升、电流密度与应力分布。最后搭建了装有记忆合金材料压片的梅花触头和装有普通材料压片的梅花触头的对比温升试验平台,结果表明,使用记忆合金压片有助于降低梅花触头温升,有效地降低了过热性故障的故障率。     

大电流开关柜温升及其影响因素的建模仿真研究北大核心CSCD

随着中国电网容量的不断增大,用于输配电的开关柜数量也大大增加,这就对开关柜小型化和安全性能提出了更高的要求,而小型化的趋势使温升问题日益严重,加大了对安全性保障的难度。文中针对中压大电流开关柜的温升问题在SolidWorks和Ansys Workbench平台上进行了建模仿真研究。首先,基于电磁场理论,通过基于表面深度划分网格的方式进行了开关柜的涡流场仿真,分析了各个部分的损耗,研究了涡流损耗对总损耗的影响。随后运用单向耦合的方法进行了开关柜温度场的仿真,研究表明真空灭弧室触头中触头片部分是温升最严重的部分。最后结合涡流场与温度场仿真结果,进一步对开关柜在热源和散热两方面进行比较研究,结果表明将壳体材料改成不锈钢、触头片材料改为无氧铜(从发热的角度)、触头结构改为螺旋槽形橫磁触头、开关柜改善通风散热条件对开关柜的温升的降低具有明显的作用,仿真结果得到了实验验证。     

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。     

中置柜梅花触头发热机理分析及改进设计

介绍两起因中置柜梅花触头烧毁引发的电网故障案例,分析梅花触头烧毁原因。为解决梅花触头温升问题,基于记忆合金的形状记忆效应,设计一种带辅助触头,用记忆合金压片取代紧箍弹簧的组合式梅花触头。对普通梅花触头和组合式梅花触头进行大电流温升对比试验,试验结果表明,该组合式梅花触头能有效解决梅花触头温升问题,提高了供电可靠性。     

金属封闭高压开关柜手车触头温度场仿真分析及实验研究

由于高压开关柜触头盒内外温升的差异性,导致盒外在线测温装置不能直接反映触头最高温度。因此针对某常用型号开关柜建立了手车触头接触正常情况和不良情况下的导电回路发热模型,利用ANSYS有限元电热耦合方法进行了仿真计算,得到了触头部位沿临近回路的温度分布特征。通过对比该型号开关柜温升实验的结果,验证了仿真计算的正确性。研究结果可为现有开关柜过热预警装置传感器安装及温度监测数据分析提供参考,有助于及时、准确地发现过热故障隐患。     

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。     

两种不同结构梅花触头的电接触性能分析

梅花触头作为开关柜主回路通流的重要部分,动静触头接触的好坏,将直接决定电路是否可靠运行。目前市场上的梅花触头分为单触指结构和双触指结构,为了确定两种结构在性能上的差异,文中采用有限元仿真和实验相结合的方法,分析了两种结构温升和耐磨性的差异,以及不同数量触指失效后梅花触头的接触电阻变化规律。研究结果表明：单触指结构的散热效果比双触指结构好,温升低2 K左右;两种触指结构耐磨性基本无差异,在干摩擦条件下,不到500次均出现严重漏铜,涂抹导电膏润滑条件下,均能满足3 000次机械寿命要求;单触指结构的触指与静触头间的接触电阻更小,接触面积更大,触指有效利用率更高。     

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。     

开关柜温升影响因素的仿真与试验研究

目前,开关柜的温升问题非常突出。为降低开关柜温升,以KYN96-12的出线柜为研究对象,开展了开关柜温升影响因素的研究。本文针对不同环境温度、铜排规格、导体材料等因素,分别进行了开关柜仿真分析与试验研究。研究结果表明,初始环境温度对开关柜触头温升的影响较小,0℃与40℃下温升相差不到1℃;引出母排规格和断路器触臂(导体)材料对触头温升的影响较大,引出母排规格分别为80mm×10mm和120mm×10mm时温升相差3℃以上,触臂材料分别为铝和铜时温升相差2℃以上。     

气体介质影响下梅花触头载流磨损特性与电接触寿命预测

梅花触头接触不良而引发的过热性故障是开关柜和气体绝缘组合电器的典型缺陷之一,对不同气体介质中梅花触头的载流摩擦特性和剩余寿命预测研究对于准确评估该类型设备的健康状态具有重要理论和应用意义。根据真实梅花触头材料和工艺加工了试验试样,采用自行搭建的载流摩擦台开展了空气,N₂和SF₆气体介质中的载流摩擦试验并获取了接触电阻的退化曲线,通过对触头表面形貌的分析表明：试样表面在大电流和机械位移作用下出现了明显的粘着磨损,气体介质通过改变磨损区域的形貌和元素组成影响触头的退化过程。根据触头的V-T关系确定了接触电阻失效阈值,利用Savitzky-Golay滤波器对接触电阻原始曲线进行平滑滤波,采用贝叶斯更新的Wiener退化模型分别对三种气体介质下的梅花触头进行了寿命预测,结果表明与常规的Wiener模型相比,该模型具有较好的预测准确度。空气中梅花触头的剩余寿命为9500周期,N₂中梅花触头的寿命为61300周期,SF₆中梅花触头的寿命为32200周期。关键词：梅花触头;气体介质;载流摩擦;退化曲线;表面形貌;失效预测 中图分类号：TM643     

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。     

记忆合金弹簧在断路器梅花触头中的应用试验研究

断路器处于长期运行状态,梅花触头会出现松动,导致接触电阻增大,引起触头发热,带来严重的安全隐患。记忆合金是一种随温度变化能自动产生形变的新材料,笔者将记忆合金制成的弹簧运用于梅花触头以达到降低接触电阻,减少触头发热的目的。通过对普通弹簧和记忆合金弹簧进行温度与弹簧拉力对比试验,及对应用的2种弹簧梅花触头进行了大电流温升对比试验。试验结果表明:记忆合金弹簧能够有效降低触头接触电阻和减少发热,具有广泛应用前景。     

基于三维热场有限元分析的电力连接器触头温升测量方法

采用三维有限元方法建立了电力连接器的瞬态温度场模型,通过仿真分析得到连接器触头温度和其接线端部温度之间的定量关系,从而实现连接器触头温升的间接测量。进一步分析了接触电阻变化和电流波动对连接器触头温升的影响。结果表明,接触电阻变化对温升影响明显,而10%以内的电流波动对仿真结果影响可以忽略。     

智能高压开关设备的在线监测技术

金属开关柜柜内和手车触头温升、断路器机械特性及断路器触头电弧烧损是造成开关柜设备故障的重要方面,对它们进行有效的实时监测是实现开关设备维护方式转换的关键。文章介绍了CG2061型高压断路器触头温升在线测量系统原理及应用、永磁操动机构断路器远方监视技术及断路器触头电弧烧损监测技术。     

开关设备一次回路温升的监测

<正> Safe Gard是瑞士ABB公司研制的新一代安全装置,它最显著的功能是对可开关设备内关键部位的温升进行在线持续监测.温升过高会使母线连接处和触头接触面过早地氧化腐蚀,导致接触电阻增加,进而又将加剧温升值的增加,形成恶性循环.同时由绝缘材料制成的零部件会因受到热的作用,绝缘强度急剧下降,直到被电压击穿造成开关柜故障.开关柜事故的原因常常是由于导电体、特别是导电连接处和触头部位接触不良产生的温度骤增引起的.因此,采用在供电系统发生故障之前能及时发出调控指令的温升监控装置,以对供电系统进行监控来防止故障的发生,越来越显得重要.     

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。     

户外高压隔离开关触头发热机理分析及预防过热故障措施探讨

户外高压隔离开关触头接触不良发热,会导致过热,甚至会发展成为电网事故。从高压隔离开关触头接触电阻影响温升的原因和过热对触头寿命损伤的原理进行分析,探讨了触头发热机理。通过触头温升试验,验证触头发热因素的复杂性和不确定性。从管理措施和技术措施两方面提出预防过热故障的方法,提高户外高压隔离开关的运行可靠性,从而确保电网的安全稳定运行。     

基于Ansys的柱上开关温度场仿真分析北大核心CSCD

文中采用三维建模软件Solidworks及有限元软件Ansys对充入干燥空气的柱上开关进行了温度场仿真分析,研究不同接触电阻条件下柱上开关内温度分布规律。仿真结果表明,柱上开关接触点在正常接触电阻条件下温升均符合标准要求;真空灭弧室静触头与动触头接触点接触电阻增大1.56倍,隔离开关动触头与隔离开关静触头接触点接触电阻增大1.80倍,温升达到标准规定的限值。最后,进行了相应的温升试验,温度的仿真结果与试验结果相吻合。