基于混合绝缘气体的三相GIS母线温升多物理场耦合机制研究

针对气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)母线温升影响设备可靠性问题,对充有30％SF6～70％N2混合环保气体的三相GIS母线进行了电磁—流体—热多物理场耦合仿真分析,采用流体多组分传输的有限元分析方法,研究了GIS母线上电磁场与温度场的分布规律.仿真结果表明:GIS内上方区域由于强对流作用,温差不大,下方区域由于气体对...     

气体绝缘开关设备母线接头过热失效的相似模型

气体绝缘开关设备(gas-insulated switchgear,GIS)母线接头过热失效由开始发展到形成的时间较长,直接采用母线原型开展故障过程模拟试验缺乏客观现实性。为了再现GIS母线接头的过热失效过程,根据过热失效所包含的功率损耗、气体流动以及温升现象的数学模型,利用相似学原理推导了涡流–流体–热耦合场的相似关系,并对其进行了合理简化和修正,以提高相似模型的实用性,设计了GIS母线的局部相似模型,给出了模型的几何条件、物理条件和边界条件。利用三维有限元法分别计算了母线原型与相似模型涡流场及温度场,将电流密度及温度分布的计算结果进行对比,验证了相似建模的有效性。     

基于相似模型的气体绝缘母线接头过热失效模拟

为研究气体绝缘母线(GIB)接头过热性故障的形成、发展过程,开展了母线接头的过热性失效模拟试验。受原型试验条件、试验时间及试验成本等因素的限制,采用相似模型进行物理模拟试验研究。通过对气体绝缘母线接头的温升现象进行相似性分析,推导了涡流-流体-热场相似关系,设计并试制了气体绝缘母线的相似模型,给出了模型的几何条件、物理条件和边界条件,并通过数值计算和物理模拟试验验证了模型的有效性。基于该模型进行气体绝缘母线接头温升特性和过热失效的试验研究,观察了母线接头接触不良情况下发热直至熔化的物理过程并监测了接头的温度变化。     

基于混合绝缘气体的GIS母线温升多物理场耦合分析

为分析SF6/N2混合绝缘气体对气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)母线温升的影响,对充有30％SF6～70％N2混合气体的单相GIS母线建立了电磁—流体—热多物理场耦合仿真模型.采用流体多组分传输的有限元分析方法,得到了GIS母线上电磁场与温度场的分布情况.结果表明:GIS内导体和壳体顶部温度均高于底部,温度呈左右对称...     

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。     

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。     

基于场路耦合有限元的三相共箱气体绝缘母线暂态电动力分析

基于瞬态场路耦合有限元理论建立了外部电压源激励下的三相共箱气体绝缘母线电路-电磁-结构场数值计算模型。采用顺序耦合方法将电磁场分析得到的节点电磁力作为载荷施加到结构场有限元模型中计算外壳的振动特性。通过将计算结果与镜像电流法和外壳振动测试结果进行对比验证该计算模型的有效性。基于该模型分析计算了工频稳态和不同短路故障条件下三相共箱气体绝缘母线电动力空间分布特性和时变特性,计算结果表明由于三相导体位于同一金属壳体内,短路故障类型将直接影响导体和外壳上电动力的分布特性。单相短路故障条件下气体绝缘母线导体短路电动力在幅值上要大于相间短路和三相短路且在时间上要早于相间短路和三相短路。计算模型和分析结果可用于三相共箱气体绝缘母线结构优化设计和短路故障监测。     

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。     

基于电磁-热场耦合的10 kV电缆接头仿真分析

电缆接头作为电缆系统中的绝缘薄弱环节,在制造和长期运行过程中可能会形成绝缘缺陷,导致电缆绝缘发生电气或热击穿,进而造成电力系统故障。采用多物理场仿真软件构建了10 kV交流XLPE电缆接头的三维仿真模型,模拟了电缆本体与接头周围的电场、磁场及热场分布,分析了造成电缆本体与接头处不同电磁 热场分布的原因,为电缆接头的优化设计提供了参考依据。     

引入多重边界条件的GIS母线温度分布多场耦合计算及影响因素分析

GIS母线温度分布可为触头温度监测及载流能力评判提供参考。基于有限元方法建立实际GIS母线原型的多物理场耦合计算模型,并引入太阳辐射、空气流速、环境温度等多重边界条件,以分析外部气候条件对GIS母线温度分布的影响。开展GIS母线稳态温升实验,验证多重边界下多物理场耦合模型的有效性。基于所建仿真模型,分析负荷电流、环境温度、太阳辐射以及风速对GIS温度分布的影响,结果表明:导体和外壳温度增长率随着负荷增加而逐渐变大;环境温度改变导致GIS温度近似线性变化;太阳辐射导致GIS母线整体温度显著提高,外壳最热点向太阳直射方向偏移,外壳温度展开曲线近似为正弦形;风速导致外壳温度分布偏离正弦形,对导体的降温作用也受到SF6导热能力限制。最后,利用导体温度与GIS外壳最低点温度、环境温度、负荷电流三个条件的数值关系,给出了导体温度的计算方法,与实验值对比表明该方法的精度较高。     

自冷式气体绝缘变压器温升分布的计算方法

宋文根据传热学基本原理提出了一套关于自冷式气体绝缘变压器温升分布计算的数学模型，并得到温升实验结果的实际验证，计算误差在±3C以内。此数学模型可求得沿变压器统组纵向的温升分布和绕组的平均温升，为开发研究气体绝缘变压器和优化变压器的散热结构提供了可靠的依据。     

第二代气体绝缘输电线路的温升数值计算

气体绝缘输电线路(GIL)以其良好的性能在全世界范围内得到了一定应用。绝缘气体的散热性能和GIL的温升效应是GIL设计和在线监测的重要环节。本文通过建立包含外部空气域在内的模型,运用有限元法对采用20%SF_6-80%N_2混合气体绝缘的第二代GIL进行了温升仿真计算,得到第二代GIL的整体温度分布以及导体和外壳温升,并与解析法得到的温升情况进行对比,证明了所提方法的有效性;同时对影响第二代GIL温升的相关因素进行了仿真分析,为第二代GIL的进一步应用提供了参考。     

考虑粗糙表面接触的气体绝缘开关设备接头接触电阻数值计算与影响因素分析

气体绝缘开关设备回路存在大量插接式电气接点,其接触电阻的稳定性直接影响设备的安全稳定运行。基于粗糙表面弹塑性接触理论和有限单元法建立了梅花接头接触电阻数值计算模型。在有限元模型中加入抱紧弹簧与接头材料的弹塑性形变,通过结构场有限元分析获取由抱紧弹簧提供给触点上的接触压力,将计算得到的接触压力作为输入参数带入到基于Bahrami粗糙表面弹塑性机械接触模型中,并计算接头与导体之间的接触电阻。计算结果与110 k V原型气体绝缘母线回路的电阻测试结果基本一致,验证了计算模型的有效性。应用该模型分别分析了导体与接头的对接深度和对接角度对触点接触电阻的影响,计算结果表明:在接头装配公差允许范围内,对接角度变化对接触电阻的影响有限,导体对接深度不足是引起接触电阻异常的主要原因。     

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.     

一起363kVGIS充电闪络故障的原因分析

分析了一起363kVGIS充电时闪络故障的原因,提出了GIS交接试验中做交流耐压试验的同时应进行局部放电的测量,并在条件许可的情况下进行操作冲击电压试验,以避免如绝缘子伤痕和裂痕、自由微粒、悬浮电位和异物遗留在GIS内部等原因而造成GIS故障。     

离相气体绝缘母线温度场计算及其影响因素分析

离相气体绝缘母线的温升和散热性能是影响其工作稳定性的重要因素之一。笔者先通过涡流场计算得到导体及外壳的焦耳热损耗,然后将其作为体积热源,通过间接耦合方法再计算出母线温度场分布,进而与实验数据进行对比,验证温度场计算结果的正确性,最后分析环境温度、气体压强以及不同负荷电流对母线温度场分布的影响。所得出的结论对离相气体绝缘母线散热设计具有参考价值。     

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。     

气体绝缘全封闭组合电器母线跳闸快速恢复方案

由于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)设备的封闭特性,GIS设备的事故处理较敞开式设备更加复杂。文中对GIS母线跳闸后试送电源的选择、线路、主变试送方案等关键问题进行了分析,提出一套GIS母线跳闸事故的快速恢复供电方案。该方案在母线跳闸后仅利用故障录波信息采用差动、方向保护原理准确定位故障区域,试送失电间隔时手动置位母线保护对应间隔的刀闸位置,线路/主变保护无需修改、恢复临时保护定值,保证试送过程中线路、主变、母线故障均可由快速无延时保护动作切除,提高了恢复供电速度和电网运行稳定性,具有一定的工程应用价值。