電力線路及設(shè)備的電熱混合場分析.pdf

1、溫度是高壓電力設(shè)備的重要參數(shù)。溫度上升限制了電力設(shè)備最大可用容量，也可以反映設(shè)備內(nèi)部缺陷與故障情況。人們通常通過在線監(jiān)測、離線檢測和數(shù)值計算3種方法獲得電力設(shè)備的溫度。傳感器或紅外成像測溫是在線監(jiān)測或離線檢測測量溫度的常用方法，但是，測量儀器容易受現(xiàn)場干擾，獲得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高，而且有些電力設(shè)備的傳感器的安裝比較困難。另外獲得電力設(shè)備溫度的方法是通過數(shù)值計算。在利用數(shù)值計算溫度中，一般采用的方法是通過計算電阻熱，采用對流輻射的經(jīng)驗公式獲得

2、電力設(shè)備的溫度分布，但是計算值與實際值誤差比較大。實際上，高壓電力設(shè)備在運行過程中處于高電場、磁場、溫度場、流體場等多個物理場中，僅用單一的物理場進行數(shù)值計算，不能滿足準(zhǔn)確性要求，這就需要用多物理場計算方法，獲得電力設(shè)備在多物理場下的溫度分布和與之相關(guān)的電氣性能。
　　本文首先進行不同大氣條件下高壓架空線最大可用傳輸容量的仿真。架空線路的輸送容量取決于線路溫度。而架空線路的溫度由產(chǎn)熱和散熱平衡控制的。利用基于有限元法的多物理場計算

3、方法，通過耦合電場、熱場、流體場，分析架空線路的熱性能。通過仿真，可以得到在各種環(huán)境因素下，架空線路一周圍空氣系統(tǒng)的溫度分布和溫度變化的歷史軌跡。根據(jù)以上結(jié)果決定架空線路的最大可輸送容量。同時通過仿真，可以得到在變化的環(huán)境條件和負(fù)荷下，架空線路的溫度達到平衡所需要的時間，這些信息可以幫助現(xiàn)場調(diào)度人員在暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)情況下實時分配高壓架空線路的傳輸容量。
　　其次進行不同氣象條件下變壓器繞組的溫度場計算，研究出負(fù)荷預(yù)測的方法。由于變壓器

4、繞組的溫度是周圍環(huán)境溫度和負(fù)荷電流的函數(shù)。由于變壓器繞組溫度受最大允許溫升限制，同時存在周圍環(huán)境溫度越高，變壓器繞組的溫度越高的關(guān)系，因此可以通過周圍環(huán)境溫度和繞組的溫度的關(guān)系，控制繞組的負(fù)荷。通過多物理場耦合計算變壓器繞組內(nèi)部復(fù)雜的熱—電—流體場，獲得周圍環(huán)境溫度和繞組溫度的函數(shù)關(guān)系。然后利用變電站周圍氣象站提供的數(shù)據(jù)，采用四維（經(jīng)度、緯度、海拔高度、時間）插值的方法，獲得變電站周圍的環(huán)境溫度，并與實際測量數(shù)據(jù)進行對比分析，驗證此方法

5、的有效性。依據(jù)此方法，當(dāng)氣象站提供3天到7天的預(yù)測溫度時，就可以預(yù)測變電站的溫度，根據(jù)周圍環(huán)境溫度和繞組溫度的函數(shù)關(guān)系，實現(xiàn)變壓器負(fù)荷預(yù)測。
　　最后進行變壓器內(nèi)部引線接觸不良引起溫度變化的計算。套管的內(nèi)引線接觸不良，當(dāng)引線內(nèi)部接頭松動時，導(dǎo)電桿的頭部與引線的接觸電阻增大，產(chǎn)生電阻熱。通過多物理場耦合計算，分析套管的溫度分布，建立導(dǎo)電桿頂端溫度與接觸電阻的函數(shù)關(guān)系，利用此函數(shù)關(guān)系，通過監(jiān)測將軍帽溫度，推斷內(nèi)部引線接頭是否發(fā)生松動。