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

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

2、共箱GIS母線損耗發(fā)熱問題，利用間接耦合法在流場中計算母線溫度。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母線損耗發(fā)熱的三維電磁場-流場-溫度場的計算模型。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)母線水平放置時，母線圓截面溫度分布母線導(dǎo)體和鋁外殼呈現(xiàn)上高下低，左右呈對稱分布，SF6氣體等溫線呈現(xiàn)S型分布。母線中間溫度高兩邊溫度低。整個母線內(nèi)部導(dǎo)體溫

3、度最高。在流場中計算出的三維等溫分布圖直觀簡潔，對母線筒小型化設(shè)計具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用價值。
　　此次實驗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。通過實驗與仿真數(shù)值進(jìn)行對比，實驗溫度分布與仿真溫度分布大體趨勢相同，在流場中計算母線溫度有一定的誤差，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，對母線進(jìn)行優(yōu)化，對優(yōu)化后的母線進(jìn)行限元仿真，得到的母線溫度最大值符合國家標(biāo)準(zhǔn)。
　　為驗正252kV G

4、IS母線的最高允許電流，對其通入有效值為4400A三相交流電流，實驗方法與通入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的最高溫度超過了國家標(biāo)準(zhǔn)。即4400A溫升實驗不通過。因此和電場優(yōu)化一樣將響應(yīng)表面法與有限元法相結(jié)合，對母線的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。用優(yōu)化后的母線結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有限元仿真計算，優(yōu)化結(jié)果表明：該優(yōu)化方法能顯著降低母線的溫度，提高母線的耐受電流的能力。通過252kV GIS母線電場和溫度場的仿真分析與結(jié)