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

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

【摘要】：高壓隔離開關(guān)作為高壓電網(wǎng)中使用量最大的高壓電器設(shè)備之一,其運行可靠性與使用壽命將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。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對高壓隔離開關(guān)的運行性能提出更高要求,絕緣能力首當其沖將接受更為嚴格的考驗,同時原本就未徹底解決的導電回路過熱問題也將更為突出,因此隔離開關(guān)的電磁環(huán)境控制與防電暈結(jié)構(gòu)設(shè)計、導電回路過熱成為亟需解決的重點和難點。傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計法與現(xiàn)場試驗法經(jīng)濟投入高而效率低,難以滿足激烈的市場競爭與電網(wǎng)發(fā)展需要,故有限元法的引入可為產(chǎn)品的設(shè)計與優(yōu)化提供新的思路與技術(shù)手段。運用有限元對隔離開關(guān)進行電場分析和溫度場分析,在降低設(shè)計成本,優(yōu)化產(chǎn)品性能的同時,亦提供了一種有效普適的設(shè)計環(huán)節(jié)與分析模式。本文針對GW16-550型戶外高壓交流隔離開關(guān),圍繞電場強度分析與防電暈結(jié)構(gòu)設(shè)計、溫度場瞬態(tài)分析兩個部分進行研究,為隔離開關(guān)的設(shè)計與優(yōu)化提供了可靠的參考方案與技術(shù)手段,對提高隔離開關(guān)的運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,之后就電場計算與溫度耦合場計算所應(yīng)用到的電磁學、傳熱學、數(shù)學理論基礎(chǔ)與有限元工具進行了詳細論述。為提高三維大規(guī)模有限元計算的效率,減輕計算負擔,在計算之前先使用Solidworks對模型按原則進行合理簡化,再使用Schwartz區(qū)域分解法結(jié)合ANSYS APDL進行迭代并行求解。電場計算結(jié)果表明,靜觸頭、中間導電部分、導電底座電場強度較高需加以控制,故論文對該三處分別進行防電暈設(shè)計,先根據(jù)幾何特性確定均壓環(huán)外形,再逐一計算不同參數(shù)下的均壓環(huán)對隔離開關(guān)電場分布的影響,進而通過討論分析得出了最優(yōu)均壓環(huán)設(shè)計方案,可將隔離開關(guān)表面電場強度分布控制到理想結(jié)果。在溫度場分析中,論文采用間接耦合法,首先對隔離開關(guān)進行渦流場分析,求出電流密度與生熱作為溫度計算的載荷。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原理,逐一計算了隔離開關(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算的邊界條件。之后,論文分析了自然對流條件下隔離開關(guān)的散熱情況。溫升計算結(jié)果表明隔離開關(guān)溫升情況良好,將計算結(jié)果與實際試驗數(shù)據(jù)進行詳細對比,對比結(jié)果證明有限元計算結(jié)果具有較高的精確度。為進一步分析隔離開關(guān)性能,論文對溫升計算中溫度最高的動、靜觸頭接觸部位進行了獨立熱穩(wěn)定性分析,結(jié)果顯示隔離開關(guān)具有較強熱穩(wěn)定性,隨后論文對不同觸頭夾緊力與不同接觸面積下的溫度情況分別進行討論,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用價值與指導意義。
【關(guān)鍵詞】：隔離開關(guān) 有限元法 區(qū)域分解法 三維電場 溫升
【學位授予單位】：湖南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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 目前高壓隔離開關(guān)主要存在的問題12-13
• 1.2.2 研究意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 隔離開關(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 電場有限元計算原理21-24
• 2.3.1 電場基本方程21-22
• 2.3.2 三維電場有限元分析22-24
• 2.4 溫度場有限元計算原理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高壓隔離開關(guān)電場數(shù)值計算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 運動原理31-32
• 3.2 幾何模型處理與簡化32-35
• 3.2.1 Solidworks建模工具32
• 3.2.2 計算模型處理原則32-35
• 3.3 整體有限元模型的建立與計算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 整體電場計算結(jié)果校核分析42-46
• 3.4.1 靜觸頭43-44
• 3.4.2 中間導電部分44-45
• 3.4.3 導電底座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47-58
• 4.1 靜觸頭均壓環(huán)設(shè)計47-51
• 4.1.1 設(shè)計方案47-48
• 4.1.2 四均壓盤模型電場分析48-50
• 4.1.3 雙均壓環(huán)模型電場分析50-51
• 4.2 中間導電部分均壓環(huán)設(shè)計51-54
• 4.2.1 設(shè)計方案51-52
• 4.2.2 均壓環(huán)參數(shù)討論52-54
• 4.3 導電底座均壓環(huán)設(shè)計54-56
• 4.3.1 設(shè)計方案54
• 4.3.2 均壓環(huán)參數(shù)討論54-56
• 4.4 電磁干擾試驗56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第5章 GW16-550電-熱耦合場溫升與熱穩(wěn)定性分析58-81
• 5.1 隔離開關(guān)的溫度場問題58-59
• 5.2 計算模型建立59
• 5.3 GW16-550主導電部分渦流場計算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 接觸電阻計算64-66
• 5.4.4 觸頭接觸區(qū)Hertz非線性形變計算66-67
• 5.4.5 接觸電阻生熱計算67-70
• 5.5 換熱邊界條件分析70-73
• 5.5.1 對流換熱概論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 溫升有限元計算結(jié)果分析74-76
• 5.6.3 試驗數(shù)據(jù)比對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83-87
• 致謝87-88
• 附錄A 攻讀碩士學位期間取得的研究成果88

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳鈞;;隔離開關(guān)過載發(fā)熱的分析與對策[J];上海電力;2003年06期

2 楊晉湘,寧華;對6kV隔離開關(guān)發(fā)熱的反思[J];大眾用電;2005年06期

3 陳斌;;220kV隔離開關(guān)更換中危險點控制[J];電力安全技術(shù);2006年06期

4 馬學華;;運行中隔離開關(guān)的發(fā)熱及處理[J];農(nóng)村電工;2006年09期

5 梁華貴;;隔離開關(guān)故障分析與防范[J];技術(shù)與市場;2007年06期

6 胡俊雨;;簡述隔離開關(guān)在運行中的監(jiān)視及檢查[J];黑龍江科技信息;2008年08期

7 徐貴友;;縮短隔離開關(guān)更換時間的措施[J];農(nóng)村電氣化;2008年01期

8 吳松林;;隔離開關(guān)的常見故障處理[J];湖北電力;2009年04期

9 張新春;;隔離開關(guān)的常見故障與維護技術(shù)[J];精密制造與自動化;2011年02期

10 張晶;;淺談330kV隔離開關(guān)出現(xiàn)故障的原因及采取的措施[J];中小企業(yè)管理與科技(下旬刊);2011年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 齊新建;;做好隔離開關(guān)監(jiān)護,確保作業(yè)人身安全[A];2012年鐵路技師論文集（安全專輯）[C];2013年

2 繆良交;孔德兵;;淺談變電站隔離開關(guān)日常運行維護[A];2011年云南電力技術(shù)論壇論文集（入選部分）[C];2011年

3 王欣;劉\~;;隔離開關(guān)及導電連接面發(fā)熱缺陷的分析與控制[A];2012年云南電力技術(shù)論壇論文集[C];2012年

4 王欣;劉\~;;隔離開關(guān)及導電連接面發(fā)熱缺陷的分析與控制[A];2012年云南電力技術(shù)論壇論文集（文摘部分）[C];2012年

5 張興元;楊叢;張洪義;;戶外隔離開關(guān)過熱燒損的原因分析與改進[A];全國火電100MW級機組技術(shù)協(xié)作會第三屆年會論文集[C];2004年

6 李波;;126kV系列隔離開關(guān)完善化改造[A];第四屆十三省區(qū)市機械工程學會科技論壇暨2008海南機械科技論壇論文集[C];2008年

7 張繼昌;;隔離開關(guān)過熱的紅外測溫診斷[A];山東電機工程學會第五屆供電專業(yè)學術(shù)交流會論文集[C];2008年

8 李小建;鐘堯;王任;霍宏;;超高壓系統(tǒng)隔離開關(guān)操作電磁騷擾的時頻特性[A];2012年云南電力技術(shù)論壇論文集[C];2012年

9 李小建;鐘堯;王任;霍宏;;超高壓系統(tǒng)隔離開關(guān)操作電磁騷擾的時頻特性[A];2012年云南電力技術(shù)論壇論文集（文摘部分）[C];2012年

10 包俊;;隔離開關(guān)狀態(tài)檢修的運用[A];2010年云南電力技術(shù)論壇論文集（文摘部分）[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔣一鳴 鄧維;湖南科技除冰取得新成果[N];華中電力報;2010年

2 閆宇華;新鄉(xiāng)供電公司QC活動搬進現(xiàn)場[N];國家電網(wǎng)報;2010年

3 岳萬梁;渝陽礦研制“互鎖桿”保證抽風機操作安全[N];經(jīng)理日報;2008年

4 宋洪祥 王延波;長春永吉站完成66KV進口隔離開關(guān)更換[N];石油管道報;2004年

5 趙英淑;GW7G—252型隔離開關(guān)通過試驗并獲國家專利[N];科技日報;2007年

6 李令響　馮巖;小革新創(chuàng)出大效益[N];中國電力報;2013年

7 鐘振蛟;高壓開關(guān)：從超高壓向特高壓跨越[N];中國工業(yè)報;2007年

8 �；⒚�;高壓開關(guān)發(fā)展提速 高可靠性成為關(guān)鍵[N];機電商報;2008年

9 李健君;長高集團：搶占光電互感器商機[N];證券日報;2010年

10 山西大同供電分公司變電運行工區(qū) 高斌娥;GW6—220GDW等電動剪刀式隔離開關(guān)在運行中存在問題的探討[N];山西科技報;2010年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 段韶峰;GIS隔離開關(guān)瞬態(tài)電弧的建模與仿真[D];華北電力大學(北京);2016年

2 史可鑒;GIS中隔離開關(guān)電機操動機構(gòu)及控制方法研究[D];沈陽工業(yè)大學;2016年

3 王娜;特高壓GIS中隔離開關(guān)操作引起的電磁暫態(tài)問題研究[D];沈陽工業(yè)大學;2013年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 姚林志;252kV GIS隔離開關(guān)高頻電弧物理特性研究[D];華北電力大學;2015年

2 李少東;隔離開關(guān)的智能組件設(shè)計[D];西安工程大學;2015年

3 吳如祥;GIS隔離開關(guān)動作特性狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用研究[D];華南理工大學;2015年

4 李廣鵬;隔離開關(guān)靜觸指組件熱缺陷機理與防護研究[D];石家莊鐵道大學;2016年

5 程文平;隔離開關(guān)的可靠性評估及其檢修管理研究[D];華南理工大學;2016年

6 陳鵬;GIS中隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的電磁干擾問題研究[D];廣西大學;2016年

7 祁文婷;煤礦隔離開關(guān)分斷試驗用電機機構(gòu)研究[D];煤炭科學研究總院;2016年

8 劉雨芳;GW16A-550型戶外高壓交流隔離開關(guān)三維電場與溫度場分析[D];湖南大學;2016年

9 王若愚;電磁式高壓繼電器與高壓小電流隔離開關(guān)的研究[D];華中科技大學;2012年

10 鄭記玲;252kV GIS中隔離開關(guān)電弧模型的研究[D];華北電力大學;2012年

，

本文編號：660151