高压gis多物理耦合场分析及温度监测系统的研发

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1、学校代号：10532学密号：S10092107级：公开湖南大学硕士学位论文高压GIS多物理耦合场分析及温度监测系统的研发堂僮宴运厶整刍!鏖鋈羹昱频丝名盈驱整!廷迅熬援墙羞望僮!电氢量垡皇王程堂暄童些刍整!电氢王猩诠窒握童旦期12Q!垒生三旦垒旦迨窒簦燮目翅12Q!垒生三旦!墨旦筌堂委量金圭廑!奎筮然麴捶AnalysisofCouplingFieldforHighVoltageGISandDevelopmentoftheTemperatureMonitoringSystemByKANGTian．huiB．E．(HunanUnivers

2、ity)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineering1nElectricalEngineeringintheGraduateschoolofHunanUniversitySupervisorProfessorWANGFengMay,2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人

3、或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者虢庙咯丝吼山u年r月阳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．保密口，在一年解密后适用本授权书。溯≮保密口。(请在以上相应方框内打

4、“√”)储繇赢淬磐导师签名：日期：一。·u年r月≥々日日期：duI，年，月?，日硕士学位论文摘要随着我国电网建设的快速扩大和蓬勃发展，我国电网将实现从超高压向特高压的跨越。在高压输变电系统的变电站中，GIS设备的安全可靠也成为高压电网稳定运行的关键。GIS设备的局部温升问题是影响高压GIS安全稳定运行的重要因素。导致GIS设备内部局部过热的原因很多，包括母线电流过大、触头接触不良时小电弧引起的局部温升等。且随着GIS电压等级和额定电流的提高，由局部过热引起的设备故障也会增加，由于GIS本身是一个集高气压、大电流、强电场、强磁场等多物

5、理场的电工装备，因此对其进行温升分析必须综合考虑各物理场的相互作用，相关研究具有重要的理论与实际意义。本文首先阐述了高压GIS设备的结构及分类，随后描述了GIS在国内发展历程及生产应用现状、耦合场计算的发展现状、耦合场用于计算GIS母线温度场的国内外研究概况、GIS多物理耦合场及温升计算的意义和目的。以一实际GIS设备及其母线为研究对象，采用有限元方法，基于ANSYS电磁场数值分析软件，建立了温度场、磁场及流场分析计算的耦合模型。计算额定工况条件下的GIS载流及外壳涡流引起的能量损耗，对比了单相与三相GIS的涡流损耗的不同。其次，在

6、计算高压GIS设备母线磁场的基础上，采用间接耦合的方法，将磁场计算得出的涡流损耗与母线电流引起的焦耳热作为GIS母线温度场分析的载荷，采用流体力学分析方法，计算对流散热对GIS温升的影响，开展多物理耦合场条件下的温度场计算。得出GIS主导体考虑外壳损耗与不考虑外壳损耗时，母线的温度场分布及内部SF6气体流动情况，发现考虑涡流损耗后场域温度场的分布变化不大，证明对于同轴式GIS涡流损耗对母线温升的影响较小。同时在对气室对流散热的研究过程中，发现对于正常工况条件下，气室内部SF6气体由于受热上浮而缓慢流动，最高气流速度约为0．14m／s

7、，相关研究不仅为温度场的分析提供支撑，而且也可为基于气体分解法的GIS局放检测与诊断提供指导。为研究隔离开关触头接触不良发生局部电弧时温度场分布，本文建立了隔离开关触头接触不良时小电流电弧的数学模型及有限元分析模型。在有限元软件中进行热源等效，再对电弧的温度场及对散热有重要影响的气流场进行计算分析，得出小电流电弧周围气体的流向以及温度分布规律。最后，为了验证GIS仿真计算的正确性，设计了一套GIS温度监测系统。其中包括最小系统模块、数据采集模块、实时时钟模块、通信模块以及人机交互软件。通过对某GIS气室的温度检测，验证了本文仿真与监

8、测系统的准确性。关键词：高压GIS；温度场；耦合场；电弧；温度监测系统；III高压GIS多物理耦合场分析及温度监测系统的研发AbstractWiththerapidexpandingandboomingdevelopmentofpow