基于有限元的252kV GIS母线电场和温度场的仿真与优化

发布时间：2017-04-12 08:13

  本文关键词：基于有限元的252kV GIS母线电场和温度场的仿真与优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：利用有限元法首先计算了252kV GIS母线的电场分布,计算结果表明当加入1050kV雷电冲击电压时,该母线最大电场强度31kV/mm超过了行业标准值24kV/mm。进一步引进了响应表面法,实现了响应表面法与有限元法的结合,完成252kV GIS母线的电场优化设计。优化结果表明,252kV GIS母线经过电场优化后分布更加均匀,1050kV雷电冲击耐压实验,完全达到国家标准,符合设计要求提高了产品运行的可靠性。为深入研究三相共箱GIS母线损耗发热问题,利用间接耦合法在流场中计算母线温度。根据流体力学理论,运用有限元法建立了三相共箱GIS母线损耗发热的三维电磁场-流场-温度场的计算模型。分析了流体流速,重力加速度,电导率温度效应,涡流损耗,对流散热与辐射散热等多种因素的影响,给出了温度分布规律。结果表明:当母线水平放置时,母线圆截面温度分布母线导体和铝外壳呈现上高下低,左右呈对称分布,SF6气体等温线呈现S型分布。母线中间温度高两边温度低。整个母线内部导体温度最高。在流场中计算出的三维等温分布图直观简洁,对母线筒小型化设计具有很强的工程应用价值。此次实验通入的三相交流电流和有限元仿真通入电流相同,有效值为4000A。通过实验与仿真数值进行对比,实验温度分布与仿真温度分布大体趋势相同,在流场中计算母线温度有一定的误差,且误差在允许的范围内。利用响应表面法与有限元法相结合,对母线进行优化,对优化后的母线进行限元仿真,得到的母线温度最大值符合国家标准。为验正252kV GIS母线的最高允许电流,对其通入有效值为4400A三相交流电流,实验方法与通入4000A的方法相同。温升结果表明:当通入4400A的三相交流电流该母线的最高温度超过了国家标准。即4400A温升实验不通过。因此和电场优化一样将响应表面法与有限元法相结合,对母线的结构进行优化。用优化后的母线结构参数进行有限元仿真计算,优化结果表明:该优化方法能显著降低母线的温度,提高母线的耐受电流的能力。通过252kV GIS母线电场和温度场的仿真分析与结构优化,提高了产品的可靠性。
【关键词】：电磁场 温度场 响应表面法 有限元法 GIS母线
【学位授予单位】：厦门理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM595
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 引言8-12
• 1.1 课题的目的及意义8
• 1.2 GIS母线电磁场-温度场国内外研究现状8-10
• 1.2.1 GIS母线电磁场国内外研究现状8-9
• 1.2.2 GIS母线温度场国内外研究现状9-10
• 1.3 本课题来源及主要研究内容10-12
• 第二章 252kV GIS母线电场分析及结构优化12-23
• 2.1 静电场的基本方程12-13
• 2.2 252kV GIS母线电场仿真13-16
• 2.3 响应表面法对 252KV GIG母线结构优化设计16-22
• 2.3.1 响应表面法16-18
• 2.3.2 252kV GIS母线响应表面模型的构建18-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 GIS母线涡流损耗的理论计算23-35
• 3.1 涡流损耗计算模型的建立23-34
• 3.1.1 三维涡流场的理论计算25-27
• 3.1.2 252kV三相共筒GIS母线外壳涡流计算27-28
• 3.1.3 GIS母线外壳涡流计算方法28-31
• 3.1.4 252kV GIS母线磁场有限元计算31-34
• 3.2 本章小结34-35
• 第四章 252kV GIS母线的磁场-流场-温度场分析及优化35-62
• 4.1 252kV GIS母线的温度场分析35-36
• 4.2 252kV GIS母线的散热形式分析36-38
• 4.2.1 热传导散热简介37
• 4.2.2 对流散热的简介37-38
• 4.2.3 辐射散热的简介38
• 4.3 流场中计算温度边界条件的设置38-39
• 4.3.1 第一类边界条件38
• 4.3.2 第二类边界条件38-39
• 4.3.3 第三类边界条件39
• 4.4 252kV GIS母线传热分析和热平衡方程组39-41
• 4.5 导体电阻和损耗系数41-43
• 4.6 热稳定性计算43-44
• 4.7 母线导体损耗理论计算44-48
• 4.7.1 外壳损耗发热理论计算45-46
• 4.7.2 母线散热理论计算46-48
• 4.8 252kV GIS母线温度场计算结果48-61
• 4.8.1 252kV GIS母线三维温度场仿真结果48-51
• 4.8.2 252kV GIS母线温度场实验值与仿真值的对比51-55
• 4.8.3 252kV三相共筒GIS母线的优化设计55-56
• 4.8.4 252kV GIS母线响应表面模型的构建56-57
• 4.8.5 252kV GIS母线响应表面法的温度场优化设计57-61
• 4.9 本章小结61-62
• 总结62-64
• 参考文献64-66
• 致谢66-67
• 在学期间科研成果67-68
• 个人简介68

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本文编号：301081