基于有限元的252kV GIS母線(xiàn)電場(chǎng)和溫度場(chǎng)的仿真與優(yōu)化.pdf

1、利用有限元法首先計(jì)算了252kV GIS母線(xiàn)的電場(chǎng)分布，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)加入1050kV雷電沖擊電壓時(shí)，該母線(xiàn)最大電場(chǎng)強(qiáng)度31kV/mm超過(guò)了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值24kV/mm。進(jìn)一步引進(jìn)了響應(yīng)表面法，實(shí)現(xiàn)了響應(yīng)表面法與有限元法的結(jié)合，完成252kV GIS母線(xiàn)的電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明，252kV GIS母線(xiàn)經(jīng)過(guò)電場(chǎng)優(yōu)化后分布更加均勻，1050kV雷電沖擊耐壓實(shí)驗(yàn)，完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，符合設(shè)計(jì)要求提高了產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性。
　　為深入研究三相

2、共箱GIS母線(xiàn)損耗發(fā)熱問(wèn)題，利用間接耦合法在流場(chǎng)中計(jì)算母線(xiàn)溫度。根據(jù)流體力學(xué)理論，運(yùn)用有限元法建立了三相共箱GIS母線(xiàn)損耗發(fā)熱的三維電磁場(chǎng)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)的計(jì)算模型。分析了流體流速，重力加速度，電導(dǎo)率溫度效應(yīng)，渦流損耗，對(duì)流散熱與輻射散熱等多種因素的影響，給出了溫度分布規(guī)律。結(jié)果表明：當(dāng)母線(xiàn)水平放置時(shí)，母線(xiàn)圓截面溫度分布母線(xiàn)導(dǎo)體和鋁外殼呈現(xiàn)上高下低，左右呈對(duì)稱(chēng)分布，SF6氣體等溫線(xiàn)呈現(xiàn)S型分布。母線(xiàn)中間溫度高兩邊溫度低。整個(gè)母線(xiàn)內(nèi)部導(dǎo)體溫

3、度最高。在流場(chǎng)中計(jì)算出的三維等溫分布圖直觀簡(jiǎn)潔，對(duì)母線(xiàn)筒小型化設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。
　　此次實(shí)驗(yàn)通入的三相交流電流和有限元仿真通入電流相同，有效值為4000A。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與仿真數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)溫度分布與仿真溫度分布大體趨勢(shì)相同，在流場(chǎng)中計(jì)算母線(xiàn)溫度有一定的誤差，且誤差在允許的范圍內(nèi)。利用響應(yīng)表面法與有限元法相結(jié)合，對(duì)母線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化后的母線(xiàn)進(jìn)行限元仿真，得到的母線(xiàn)溫度最大值符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
　　為驗(yàn)正252kV G

4、IS母線(xiàn)的最高允許電流，對(duì)其通入有效值為4400A三相交流電流，實(shí)驗(yàn)方法與通入4000A的方法相同。溫升結(jié)果表明：當(dāng)通入4400A的三相交流電流該母線(xiàn)的最高溫度超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。即4400A溫升實(shí)驗(yàn)不通過(guò)。因此和電場(chǎng)優(yōu)化一樣將響應(yīng)表面法與有限元法相結(jié)合，對(duì)母線(xiàn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。用優(yōu)化后的母線(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有限元仿真計(jì)算，優(yōu)化結(jié)果表明：該優(yōu)化方法能顯著降低母線(xiàn)的溫度，提高母線(xiàn)的耐受電流的能力。通過(guò)252kV GIS母線(xiàn)電場(chǎng)和溫度場(chǎng)的仿真分析與結(jié)