高压开关柜温度场数值分析.pdf

第X 卷X 期 电 工 电 能 新 技 术 Vol.X ，No.X X 年X 月 Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy X. X 高压开关柜温度场数值分析 陈荆洲 杜志叶 王栋 任君鹏 阮江军 （武汉大学电气工程学院，武汉 430072 ） 摘要：高压开关柜过热是威胁其安全稳定运行的关键因素，准确计算开关柜内部温升很有必要。本文 采用Solidworks 建立开关柜精细3D 有限元模型，基于Icepak 软件进行温度场和流体场的数值计算和 分析。考虑空气对流散热和风扇强迫风冷的因素，通过控制热流路径上的空气网格尺寸和形状，实现 了复杂模型温度分布的准确求解。以典型10kV 高压开关柜为对象，根据开关柜各个部位的发热量， 计算了柜体内的温度分布，计算结果表明断路器模块是开关柜中温度较高的区域，最高温度出现在上 动触头处，是开关柜温度监控的关键。对开关柜进行了温升试验，通过对比仿真计算结果和试验结果， 验证了仿真计算的准确性。 关键词：高压开关柜；过热；温度场；流体场；数值仿真 中图分类号：TM591 文献标识码：A 文章编号：1003-3076 （2017 ）00-0000-00 DOI: 10.12067/ATEEE1611065 1 引言 大于其余两种方法，在实际应用中有一定的指导 [17-18] 高压开关柜作为电力系统中重要的终端执行 价值；热路方法 利用热电类比法建立开关柜 元件，其安全运行决定着电力系统供电的安全性 某部件的热路模型然后求解温度场，但是该方法 [1-3] 求解的精度不是很高，需要进一步修正完善；随 和可靠性 。在实际运行中，发热问题是影响开 关柜安全运行的关键因素，近年来由于过热问题 着计算机技术的飞速发展，通过多物理场耦合计 引起开关柜故障的案例越来越多，已经引起了生 算的数值模拟算法逐渐成为主流[19-21] 。数值模拟 [4-8] 产运营单位和研究机构的广泛关注 。高压开关 算法虽然一定程度上提高了开关柜温度场求解的 柜主要采用封闭式结构，散热性能较差，当工作 准确度，但目前的研究分析大多对开关柜模型作 在高电压、大电流条件下时就会产生温升，严重 [9] 了极大的简化或者单独考虑某个部件的温度场， 时将会严重影响开关柜的运行状态 。目前，国 内外的工作主要集中在开关柜在线测温装置的研 没有对开关柜的整体模型作全面的分析计算，同 发和改进上，应用较广泛的测温方法包括传统的 时也未考虑开关柜的风机作用，会影响开关柜温 温度传感器测温法、红外测温法和光纤光栅测温 法[10-15] 。 度场的求解精确度。 为进一步探究开关柜温度分布特点，合理选 笔者以10kV KYN-28A 高压开关柜为研究对 择温度监测传感器布置位置，提高过热监测的准 象，通过Solidworks 建立开关柜的实体模型，利 确性，需要获得开关柜内的温度的特征。目前在 用ANSYS Icepak 对开关柜的温度场、流体场进 开关柜内温度分布计算方面，主要有平均温升简 行数值计算和分析，得