中压气体绝缘开关设备热分析及散热优化设计

发布时间：2017-10-11 02:33

  本文关键词：中压气体绝缘开关设备热分析及散热优化设计

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【摘要】：气体绝缘开关设备(Gas Insulation Switch,GIS)是指全部或部分地采用低气压的SF6气体、N2气体或混合气体作为绝缘介质的金属封闭开关设备。GIS具有结构紧凑、安装便捷、占地面积小、可靠性高、维护工作量小等优点。气体绝缘开关设备的过热易造成部件的绝缘损坏,对电气设备的正常运作造成恶劣影响,甚至导致电网事故的发生。因而只有准确地模拟出中压气体绝缘封闭开关设备内部温度场的分布情况,掌握热点位置,才能更有效地对GIS进行散热优化及热设计,对于保障GIS的安全可靠运行具有十分重要的意义。本文主要从某型号中压气体绝缘金属封闭开关设备的温升试验、基于ICEPAK软件的热分析及散热优化设计方面展开了研究,具体研究工作包括以下几个方面:中压开关设备的温升试验。依据中压开关温升试验标准,实现了温升主回路电阻测量,为模拟实际运行条件,对单个某型号开关设备进行了合理的试验布置,通过热电偶测量得出了各个关键点在稳定状态下的温升情况。中压开关设备的热仿真模拟以及仿真修正。介绍了数值传热学的基本理论,对ICEPAK热仿真软件求解问题所利用的建立模型、网格处理、求解及后处理四个方面进行了较为详细的分析。基于某型号开关设备实际模型,通过ICEPAK热仿真软件建立了合理的简化模型。并采取多级网格处理方式,在保证计算精度的基础上,尽量减少网格的数量。采取多核并行计算,一次仿真周期约为一周。将试验误差,高频效应等因素考虑至功率中,对功率不断进行修正,仿真结果最终与试验结果比较吻合。从定性分析角度分析各个关键点温升对流换热在散热中所占比重考虑了不计算辐射以及将封闭气室抽真空两种情况。针对较大容量变压器在环境温度为40℃时的情况进行分析。研究了单因素中的风机鼓风流量、风机性能与布置位置、高低压绕组中的散热气道数目布置及高压绕组与低压绕组之间的散热气道的水平尺寸与垂直尺寸对变压器温升的影响。综合考虑了外壳通风口位置、散热气道布置形式、风机半径这些因素对变压器温升的影响,利用ICEPAK自带的基于最速下降法的优化功能,以变压器温升为目标函数,进行了优化设计,得出较为满意的优化结果。
【关键词】：GIS 热分析 热设计 ICEPAK
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM564
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题的来源9
• 1.2 课题背景及研究的目的和意义9-10
• 1.3 中压气体绝缘金属封闭开关研究10-16
• 1.3.1 开关设备结构11-12
• 1.3.2 GIS热分析研究现状12-14
• 1.3.3 电气设备高频效应研究现状14-16
• 1.4 本文的研究内容16-17
• 第2章 中压开关设备温升试验17-22
• 2.1 温升试验依据标准17-18
• 2.2 主回路电阻测量18
• 2.3 温升试验18-20
• 2.3.1 设备的布置19
• 2.3.2 温度和温升的测量19-20
• 2.3.4 周围空气温度20
• 2.4 温升判据20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 中压开关设备热分析22-40
• 3.1 数值传热学基本理论22-23
• 3.2 开关设备的传热分析23-25
• 3.2.1 热传导23-24
• 3.2.2 对流换热24-25
• 3.2.3 辐射换热25
• 3.3 ICEPAK软件简介25-29
• 3.3.1 ICEPAK仿真简介25-27
• 3.3.2 ICEPAK散热优化设计简介27-29
• 3.4 仿真模型建立29-35
• 3.4.1 结构模型建立29-30
• 3.4.2 材料属性设定30-33
• 3.4.3 施加载荷设定33-34
• 3.4.4 网格划分处理34-35
• 3.4.5 边界条件设定35
• 3.5 三维仿真分析35-37
• 3.6 对流换热占比分析37-38
• 3.7 本章小结38-40
• 第4章 干式变压器散热优化设计40-63
• 4.1 干式变压器简介40-48
• 4.2 干式变压器单因素散热优化设计48-59
• 4.2.1 鼓风流量对温度场的影响48-49
• 4.2.2 风机性能与布置位置对温度场的影响49-52
• 4.2.3 散热气道设置对温度场的影响52-57
• 4.2.4 散热气道尺寸对温度场的影响57-59
• 4.3 干式变压器多因素综合散热优化设计59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 参考文献64-67
• 攻读学位期间发表的论文67-69
• 致谢69

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本文编号：1010034