涂层传热性能对母线散热能力影响分析

为提升电力开关柜散热性能、提高供配电稳定性,本文依据传热学基础理论对电力开关柜传热过程进行分析,采用溶液共混法成功制备了适用于电力开关柜母线散热的涂层材料,并基于电磁-热-流多物理场耦合原理构建了电力开关柜涂层-热分析模型,结合母线负载电流计算理论,从涂层热导率、发射率等方面对涂覆散热涂层前后的电力开关柜传热特性进行分析。结果表明：涂层热导率相比于涂层发射率对母线温升影响较小,母线表面涂覆涂层之后,B相母线表面发射率由0.2增大到0.846时,三相母线最大负载电流与未涂覆相比提升18.75%。     

基于有限元分析的开关柜温度场研究与优化

12 kV大电流开关柜广泛用于配电网中,一般采取强迫对流的方式进行散热。文中基于有限元仿真技术和温升试验研究了开关柜在强迫对流条件下的散热过程,分析了开关柜的散热能力。通过对开关柜三维建模、热源计算和边界条件设立仿真模型,分析了开关柜温升和气流场分布情况,在降低成本和改善散热通道的基础上对开关柜进行了散热优化设计,并通过温升试验进行验证。研究结果表明:将电缆室横流风机鼓风换为等风量的轴流风机鼓风后,通过优化散热通道,开关柜温升符合国标温升要求,降低了开关柜的成本。     

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。     

不同散热条件对开关柜母线室温度分布影响探究

开关柜的温度场仿真计算对开关柜的运行检修与设计具有重大指导意义,但由于开关柜模型复杂,计算量大,在现有仿真计算中常忽略热辐射过程以提高计算效率,缺乏对网格剖分的精细化控制,对风机开启下的强迫对流散热效果也缺乏直观对比。因此,本文以开关柜的典型结构——母线室为研究对象,建立精细三维模型,利用ICEM软件对网格进行局部控制的优化剖分,再将模型导入CFX软件进行温度-流体场仿真计算与分析,探究热辐射散热与风机对流散热对开关柜内部温度分布规律的影响,结果表明热辐射散热使母排温度下降,柜体角落处温度明显上升,整体分布更加均匀;风机散热使母线室内部流速激增,降温效果明显,并通过实验验证了仿真计算的准确性。     

低压成套设计与应用中隔离开关散热技术研究

针对低压成套开关柜中隔离开关温升过高的情况,分析了主要影响因素,介绍了目前散热技术领域的常用技术。结合实际情况,提出了几种散热方案,并进行了相关试验和分析。从而为降低产品温升,提高系统工作性能提供设计参考。     

强制对流散热对开关柜温升影响规律的仿真研究

在自然对流散热条件下,大电流开关柜难以达到温升标准,因此开关柜通常采用强制对流散热。为研究不同强制对流条件对开关柜内温升的影响规律,建立了电磁-传热-流体多物理场耦合模型,并通过实验验证了仿真模型的合理性。进一步地,设置了不同的风机组数和风机故障状态,形成了不同的柜内强制对流条件,仿真分析了相应条件下的开关柜内温升分布情况。仿真研究发现:无强制对流散热时,开关柜温升无法满足GB/T 11022—2011要求,且最高温升部位均位于真空灭弧室的动静触头连接位置;电缆室下侧风机与断路器室下侧风机对柜内不同部件的散热具有重要作用,且作用相对独立;与单组风机相比,装设2组及3组风机时,散热能力显著提高,但2组和3组风机情况下的温升分布差异不大,设置2组风机在保证散热效果的同时,具有更好的节能效果。     

配电开关柜温升特性的多物理场仿真和实验

配电开关柜散热效率不高,其内部安装的断路器等设备经常需要降容运行以满足国标允许的温升要求。为此研究了配电开关柜内生热与散热过程,探究强迫对流条件下开关柜散热能力的提升。首先利用Ansys E-mag与CFX软件模块,分别建立自然对流和强迫对流条件下的开关柜电-磁-热-流耦合仿真模型,获得开关柜内生热功率、气流速度、温度等分布;并利用温升实验平台测量开关柜关键部位的温升,与仿真结果进行对比与验证;最后,利用搭建的仿真模型,探究安装散热风扇降低开关柜温升的效果。研究结果表明:在额定电流下,开关柜进线断路器的上接线端子温升超标严重,出气口附近有较明显的回流现象,不利于热空气排出;出气口安装风扇后,散热效率明显加强,风扇风速达到3 m/s和6 m/s时,进线断路器上接线端子平均温升分别下降28.6%和42.1%。     

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。     

一种提高中低压开关柜电流母排散热效率的措施

电流母排是中低压开关柜中主要的发热部件之一，有效抑制其温升对确保开关柜安全可靠运行具有重要意义。抑制母排温升的现有措施大多不够经济或操作、实施较为复杂。本文依据传热学理论，提出采用适当厚度、传热系数较好的绝缘材料对电流母排进行包裹，以提高母排散热效率，从而达到抑制母排温升的目的。理论推导得到了电流母排散热效率的解析模型，数值计算和有限元仿真分析均验证了所提出措施的有效性；基于解析模型分析了该措施的适用范围；并通过物理实验验证了所提出方法的有效性。研究结果表明，针对多种常用型号的母排，其温度随绝缘层厚度的增加先降低，后升高；包裹用绝缘材料的导热性能越好，散热效果改善越明显；本文提出的改善散热措施适用于采用自然对流散热的中低压开关柜。     

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。