本文關(guān)鍵詞：GW16A-550型戶外高壓交流隔離開(kāi)關(guān)三維電場(chǎng)與溫度場(chǎng)分析

  更多相關(guān)文章： 隔離開(kāi)關(guān) 有限元法 區(qū)域分解法 三維電場(chǎng) 溫升

【摘要】：高壓隔離開(kāi)關(guān)作為高壓電網(wǎng)中使用量最大的高壓電器設(shè)備之一,其運(yùn)行可靠性與使用壽命將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,步步提升的輸電電壓等級(jí)對(duì)高壓隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行性能提出更高要求,絕緣能力首當(dāng)其沖將接受更為嚴(yán)格的考驗(yàn),同時(shí)原本就未徹底解決的導(dǎo)電回路過(guò)熱問(wèn)題也將更為突出,因此隔離開(kāi)關(guān)的電磁環(huán)境控制與防電暈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、導(dǎo)電回路過(guò)熱成為亟需解決的重點(diǎn)和難點(diǎn)。傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)法經(jīng)濟(jì)投入高而效率低,難以滿足激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)與電網(wǎng)發(fā)展需要,故有限元法的引入可為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供新的思路與技術(shù)手段。運(yùn)用有限元對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行電場(chǎng)分析和溫度場(chǎng)分析,在降低設(shè)計(jì)成本,優(yōu)化產(chǎn)品性能的同時(shí),亦提供了一種有效普適的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)與分析模式。本文針對(duì)GW16-550型戶外高壓交流隔離開(kāi)關(guān),圍繞電場(chǎng)強(qiáng)度分析與防電暈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度場(chǎng)瞬態(tài)分析兩個(gè)部分進(jìn)行研究,為隔離開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了可靠的參考方案與技術(shù)手段,對(duì)提高隔離開(kāi)關(guān)的運(yùn)行性能具有積極意義。本文首先闡述了課題的有關(guān)背景,以及研究意義與發(fā)展現(xiàn)狀,之后就電場(chǎng)計(jì)算與溫度耦合場(chǎng)計(jì)算所應(yīng)用到的電磁學(xué)、傳熱學(xué)、數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)與有限元工具進(jìn)行了詳細(xì)論述。為提高三維大規(guī)模有限元計(jì)算的效率,減輕計(jì)算負(fù)擔(dān),在計(jì)算之前先使用Solidworks對(duì)模型按原則進(jìn)行合理簡(jiǎn)化,再使用Schwartz區(qū)域分解法結(jié)合ANSYS APDL進(jìn)行迭代并行求解。電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果表明,靜觸頭、中間導(dǎo)電部分、導(dǎo)電底座電場(chǎng)強(qiáng)度較高需加以控制,故論文對(duì)該三處分別進(jìn)行防電暈設(shè)計(jì),先根據(jù)幾何特性確定均壓環(huán)外形,再逐一計(jì)算不同參數(shù)下的均壓環(huán)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)電場(chǎng)分布的影響,進(jìn)而通過(guò)討論分析得出了最優(yōu)均壓環(huán)設(shè)計(jì)方案,可將隔離開(kāi)關(guān)表面電場(chǎng)強(qiáng)度分布控制到理想結(jié)果。在溫度場(chǎng)分析中,論文采用間接耦合法,首先對(duì)隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行渦流場(chǎng)分析,求出電流密度與生熱作為溫度計(jì)算的載荷。隨后,論文充分考慮了接觸電阻的影響,綜合應(yīng)用電接觸理論與彈性力學(xué)原理,逐一計(jì)算了隔離開(kāi)關(guān)主要接觸部位接觸電阻因發(fā)熱產(chǎn)生的熱流密度作為有限元計(jì)算的邊界條件。之后,論文分析了自然對(duì)流條件下隔離開(kāi)關(guān)的散熱情況。溫升計(jì)算結(jié)果表明隔離開(kāi)關(guān)溫升情況良好,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比,對(duì)比結(jié)果證明有限元計(jì)算結(jié)果具有較高的精確度。為進(jìn)一步分析隔離開(kāi)關(guān)性能,論文對(duì)溫升計(jì)算中溫度最高的動(dòng)、靜觸頭接觸部位進(jìn)行了獨(dú)立熱穩(wěn)定性分析,結(jié)果顯示隔離開(kāi)關(guān)具有較強(qiáng)熱穩(wěn)定性,隨后論文對(duì)不同觸頭夾緊力與不同接觸面積下的溫度情況分別進(jìn)行討論,得出增大夾緊力或接觸面積在一定范圍內(nèi)能有效降低溫升的結(jié)論。論文研究結(jié)果具有一定的工程實(shí)用價(jià)值與指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：隔離開(kāi)關(guān) 有限元法 區(qū)域分解法 三維電場(chǎng) 溫升
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM564.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 課題研究目的12-14
• 1.2.1 目前高壓隔離開(kāi)關(guān)主要存在的問(wèn)題12-13
• 1.2.2 研究意義13-14
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 隔離開(kāi)關(guān)行業(yè)現(xiàn)狀14-15
• 1.3.2 有限元法研究與應(yīng)用現(xiàn)狀15-17
• 1.4 論文主要工作17-19
• 第2章 有限元法基礎(chǔ)與應(yīng)用19-30
• 2.1 有限元法的優(yōu)越性19-20
• 2.2 有限元分析步驟20-21
• 2.2.1 有限元系統(tǒng)基本元素20
• 2.2.2 有限元分析流程20-21
• 2.3 電場(chǎng)有限元計(jì)算原理21-24
• 2.3.1 電場(chǎng)基本方程21-22
• 2.3.2 三維電場(chǎng)有限元分析22-24
• 2.4 溫度場(chǎng)有限元計(jì)算原理24-26
• 2.4.1 熱分析基礎(chǔ)理論24-25
• 2.4.2 三維溫度場(chǎng)有限元分析25-26
• 2.5 ANSYS概述及應(yīng)用26-28
• 2.5.1 ANSYS APDL27
• 2.5.2 ANSYS Workbench27-28
• 2.5.3 ANSYS Maxwell28
• 2.6 耦合場(chǎng)分析原理28-29
• 2.7 本章小結(jié)29-30
• 第3章 GW16-550高壓隔離開(kāi)關(guān)電場(chǎng)數(shù)值計(jì)算30-47
• 3.1 GW16-550結(jié)構(gòu)與原理30-32
• 3.1.1 結(jié)構(gòu)組成30-31
• 3.1.2 運(yùn)動(dòng)原理31-32
• 3.2 幾何模型處理與簡(jiǎn)化32-35
• 3.2.1 Solidworks建模工具32
• 3.2.2 計(jì)算模型處理原則32-35
• 3.3 整體有限元模型的建立與計(jì)算35-42
• 3.3.1 區(qū)域分解法下求解域劃分35-37
• 3.3.2 基于區(qū)域分解的有限元網(wǎng)格剖分37-40
• 3.3.3 基于Schwartz交替算法的迭代載荷與求解40-42
• 3.4 整體電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果校核分析42-46
• 3.4.1 靜觸頭43-44
• 3.4.2 中間導(dǎo)電部分44-45
• 3.4.3 導(dǎo)電底座45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第4章 GW16-550防電暈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-58
• 4.1 靜觸頭均壓環(huán)設(shè)計(jì)47-51
• 4.1.1 設(shè)計(jì)方案47-48
• 4.1.2 四均壓盤(pán)模型電場(chǎng)分析48-50
• 4.1.3 雙均壓環(huán)模型電場(chǎng)分析50-51
• 4.2 中間導(dǎo)電部分均壓環(huán)設(shè)計(jì)51-54
• 4.2.1 設(shè)計(jì)方案51-52
• 4.2.2 均壓環(huán)參數(shù)討論52-54
• 4.3 導(dǎo)電底座均壓環(huán)設(shè)計(jì)54-56
• 4.3.1 設(shè)計(jì)方案54
• 4.3.2 均壓環(huán)參數(shù)討論54-56
• 4.4 電磁干擾試驗(yàn)56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第5章 GW16-550電-熱耦合場(chǎng)溫升與熱穩(wěn)定性分析58-81
• 5.1 隔離開(kāi)關(guān)的溫度場(chǎng)問(wèn)題58-59
• 5.2 計(jì)算模型建立59
• 5.3 GW16-550主導(dǎo)電部分渦流場(chǎng)計(jì)算59-62
• 5.3.1 前處理59-60
• 5.3.2 結(jié)果分析60-62
• 5.4 接觸電阻熱效應(yīng)計(jì)算62-70
• 5.4.1 電接觸基本理論62
• 5.4.2 接觸電阻原理62-64
• 5.4.3 接觸電阻計(jì)算64-66
• 5.4.4 觸頭接觸區(qū)Hertz非線性形變計(jì)算66-67
• 5.4.5 接觸電阻生熱計(jì)算67-70
• 5.5 換熱邊界條件分析70-73
• 5.5.1 對(duì)流換熱概論70-71
• 5.5.2 輻射換熱概論71-72
• 5.5.3 邊界條件設(shè)定72-73
• 5.6 升瞬態(tài)分析73-77
• 5.6.1 前處理73-74
• 5.6.2 溫升有限元計(jì)算結(jié)果分析74-76
• 5.6.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)76-77
• 5.7 熱穩(wěn)定性分析與提升77-79
• 5.8 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論與展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 致謝87-88
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果88

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