GW16a-550型戶外高壓交流隔離開關(guān)三維電場與溫度場分析.pdf

1、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(dāng)其沖將接受更為嚴(yán)格的考驗，同時原本就未徹底解決的導(dǎo)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(dǎo)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

2、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

3、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(xué)、傳熱學(xué)、數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)與有限元工具進行了詳細(xì)論述。為提高三維大規(guī)模有限元計算的效率，減輕計算負(fù)擔(dān)，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ANSYSAPDL進行迭代并行求解。電場計算結(jié)果表明，靜觸頭、中間導(dǎo)電部分、導(dǎo)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

4、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(xué)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