GW16a550型户外高压交流隔开关三维电场与温度场分析.docx

The The 3一D electric field and temperature analysis of GWl 6—550 outdoors high—voltage disconnector by LIU Yufang B．E．(Hunan University of Science and Technology)201 3 A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering 1n Electrical Engineering inthe Graduate school of Hunan University Supervisor Professor ZHOU Lawu，ZHANG Zhiwen April，2016 万方数据 湖南大学 湖南大学 学位论文原创性声明 名：印谚 吼姚 枷 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1、必威体育官网网址口，在——年解密后适用本授权书。 2、不必威体育官网网址团。 (请在以上相应方框内打“√”) 作者签名： 期：矽石年箩月二2日 导师签名： 期：加喝年j月z二日 万方数据 GWl6A一550型户外高压交流隔离开关三维电场与温度场数值分析摘 GWl6A一550型户外高压交流隔离开关三维电场与温度场数值分析 摘 要 高压隔离开关作为高压电网中使用量最大的高压电器设备之一，其运行可靠性与 使用寿命将直接影响电网的稳定运行。随着电网技术的迅速发展，步步提升的输电电 压等级对高压隔离开关的运行性能提出更高要求，绝缘能力首当其冲将接受更为严格 的考验，同时原本就未彻底解决的导电回路过热问题也将更为突出，因此隔离开关的 电磁环境控制与防电晕结构设计、导电回路过热成为亟需解决的重点和难点。传统的 经验设计法与现场试验法经济投入高而效率低，难以满足激烈的市场竞争与电网发展 需要，故有限元法的引入可为产品的设计与优化提供新的思路与技术手段。运用有限 元对隔离开关进行电场分析和温度场分析，在降低设计成本，优化产品性能的同时， 亦提供了一种有效普适的设计环节与分析模式。 本文针对GWl6．550型户外高压交流隔离开关，围绕电场强度分析与防电晕结构 设计、温度场瞬态分析两个部分进行研究，为隔离开关的设计与优化提供了可靠的参 考方案与技术手段，对提高隔离开关的运行性能具有积极意义。 本文首先阐述了课题的有关背景，以及研究意义与发展现状，之后就电场计算与 温度耦合场计算所应用到的电磁学、传热学、数学理论基础与有限元工具进行了详细 论述。为提高三维大规模有限元计算的效率，减轻计算负担，在计算之前先使用 Solidworks对模型按原则进行合理简化，再使用Schwartz区域分解法结合ANSYS APDL进行迭代并行求解。电场计算结果表明，静触头、中间导电部分、导电底座电 场强度较高需加以控制，故论文对该三处分别进行防电晕设计，先根据几何特性确定 均压环外形，再逐一计算不同参数下的均压环对隔离开关电场分布的影响，进而通过 讨论分析得出了最优均压环设计方案，可将隔离开关表面电场强度分布控制到理想结 果。在温度场分析中，论文采用间接耦合法，首先对隔离开关进行涡流场分析，求出 电流密度与生热作为温度计算的载荷。随后，论文充分考虑了接触电阻的影响，综合 应用电接触理论与弹性力学原理，逐一计算了隔离开关主要接触部位接触电阻因发热 产生的热流密度作为有限元计算的边界条件。之后，论文分析了自然对流条件下隔离 开关的散热情况。温升计算结果表明隔离开关温升情况良好，将计算结果与实际试验 数据进行详细对比，对比结果证明有限元计算结果具有较高的精确度。为进一步分析 隔离开关性能，论文对温升计算中温度最高的动、静触头接触部位进行了独立热稳定 性分析，结果显示隔离开关具有较强热稳定性，随后论文对不同触头夹紧力与不同接 触面积下的温度情况分别进行讨论，得出增大夹紧力或接触面积在一定范围内能有效 降低温升的结论。论文研究结果具有一定的工程实用价值与指导意义。 关键词：隔离开关；有限元法；区域分解法；三维电场；温升 II 万方数据 工程硕士学位论文Abstract 工程硕士学位论文 Abstract Being one of the most widely using high-voltage electrical equipment in