基于有限元分析的高压GIS设备温度场分析文献综述

 2022-10-29 08:10

文献综述(或调研报告):

本次毕业设计需主要调研有关三个方面的内容。第一,高压GIS设备的基本结构和原理;第二,有限元分析方法;第三,建立GIS设备的三维温度场有限元模型,获得GIS设备内部温度场分析。针对上述几个方面,在深刻领会任务书要求的基础上,对其展开了一定量的文献调研,目前已查阅相关文献19篇,现综述如下:

  1. 高压GIS设备的基本结构和原理

全封闭气体绝缘开关(GIS)作为一种输电设备在电力网络中进行三相交流高压输电,将变电站中的断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、母线等整合为一个整体,加以SF6气体充当绝缘介质。其中,母线情况分为单相母线和三相母线,本文主要研究的第一种情况,即单相GIS母线。

(1)GIS设备的基本结构

文献[1][2][11][13][19]均包含了GIS设备的物理模型。其中,文献[1]详细介绍了母线室模型,包括母线室、断路器室、电缆室、操作机构、控制和显示面板等单元。而母线室内的主要部件有母线、三工位隔离开关、软连、套管等,并采用相同的上下两层结构布置两相母线。

而文献[2]则给出了更为复杂的GIS隔离开关气室的结构图,包括了动静触头以及分合闸电阻,还有盆式绝缘子,对于GIS设备的结构进行了更完整的描述。文献[11]则重点讨论了单相GIS隔离开关的物理模型,并给出了模型的基本结构和主要尺寸参数,对于单相GIS母线的温度分布进行了分析。

(2)GIS设备的温度场的数学模型

文献[1]基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了传导、对流和辐射换热的耦合传热数学模型,并引入壁函数处理对流换热边界条件。而文献[3]和文献[8]都将电磁场与流场数值计算相结合,建立了GIS母线发热损耗的电磁场-流场-温度场的有限元综合计算模型。文献[5]则分析了GIS表面与外部空气间的传热数学模型。

  1. 有限元分析方法

随着我国电力系统的规模日益扩大,高压GIS设备被越来越普遍地应用于电力行业中,而随之产生的是越来越多的GIS发热故障,因此,如何获得GIS设备的温度场分布显得尤为重要。

获得高压GIS设备的温度分布的方法主要是有限元分析法。文献[2]详细介绍了用有限元法计算涡流的过程。而文献[7]则主要介绍了有限元理论以及如何运用有限元分析软件ANSYS计算耦合场。文献[12]则重点描述了GIS母线温度场有限元分析步骤。

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