基于有限元分析的低氣壓110kv共箱型三工位開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

1、 分 類 號(hào) TM564 密級(jí) 公開(kāi) 收藏編號(hào) 學(xué)號(hào) 143102038 學(xué)校代碼 11062 編號(hào)

2、 (應(yīng)用研究) 基于有限元分析的低氣壓 110kV 共箱型 三工位開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì) 專 業(yè) 名 稱：電氣工程 研 究 方 向：電器智能化技術(shù)及應(yīng)用 研 究 生 姓 名：楊怡杰 校 內(nèi) 導(dǎo) 師 、職 稱：彭彥卿 教授 校 外 導(dǎo) 師 、職 稱：袁傳鎮(zhèn) 高級(jí)工程師 所 在 學(xué) 院：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 二〇一六 年 十二 月 基于有限元分

3、析的低氣壓 110kV 共箱型三工位開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著電氣設(shè)備容量的不斷增大，輸送電壓等級(jí)的不斷提高，對(duì)電氣設(shè)備的性能不斷提出更高的要求。隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，氣體絕緣封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS）的使用量大量增加。為了滿足用戶對(duì) GIS 在可靠性高、體積小、質(zhì)量輕及免維護(hù)等方面的要求，電氣設(shè)備的體積日趨小型化，結(jié)構(gòu)也越來(lái)越緊湊復(fù)雜，這也對(duì)其絕緣性能提出了更高的要求。 首先，利用有限元分析法，首先計(jì)算了 110kV 共箱型三工位開(kāi)關(guān)的電

4、場(chǎng)分布，計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)對(duì)三工位開(kāi)關(guān)施加 550kV 工頻電壓時(shí)， 最大電場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)在支撐絕緣子屏蔽環(huán)上，超過(guò)了許用場(chǎng)強(qiáng) 22kV/mm。通過(guò)改變屏蔽環(huán)結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，完成了 110kV 三工位開(kāi)關(guān)的電場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化結(jié)果表明，110kV 共箱型三工位開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，電場(chǎng)分布更加均勻。在所充 SF6 氣體為 0.35MPa 的條件下通過(guò) 1min 工頻耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐受試驗(yàn)，完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)化設(shè)計(jì)在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)滿足了產(chǎn)品

5、運(yùn)行的可靠性，增強(qiáng)了絕緣結(jié)構(gòu)。 其次， 為深入研究 110kV 共箱型三工位開(kāi)關(guān)的損耗發(fā)熱問(wèn)題， 利用有限元分析方法計(jì)算溫升分布，建立了 110kV 三工位開(kāi)關(guān)損耗發(fā)熱的三維電磁場(chǎng)-流場(chǎng)-溫度場(chǎng)的計(jì)算模型。分析了開(kāi)關(guān)內(nèi)部 SF6 氣體對(duì)流散熱系數(shù)在不同氣壓下的變化情況，綜合三工位開(kāi)關(guān)載流導(dǎo)體和殼體上的渦流損耗和電阻損耗，得到了溫度分布規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明：三工位開(kāi)關(guān)水平放置時(shí)， 開(kāi)關(guān)內(nèi)部三相載流導(dǎo)體和殼體的溫升呈現(xiàn)頂部溫度較高而底部溫度較

6、低的情況，溫度分布呈 S 型分布。在有限元分析計(jì)算中得到三工位開(kāi)關(guān)的三維等溫分布圖，其小型化、低氣壓設(shè)計(jì)具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。 再次，本文通過(guò)對(duì)三工位開(kāi)關(guān)進(jìn)行仿真計(jì)算和溫升試驗(yàn)，對(duì)比結(jié)果表明在有限元軟件中計(jì)算三工位開(kāi)關(guān)溫度分布和試驗(yàn)溫度分布大體趨勢(shì)相同。 同時(shí)將最優(yōu)化算法與有限元方法相結(jié)合，利用多組仿真計(jì)算結(jié)果求解最優(yōu)參數(shù)下的溫度分布，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。將優(yōu)化后的參數(shù)重新建立模型計(jì)算溫度分布，得到的結(jié)果誤差在可接受范圍之內(nèi)，優(yōu)