大电流母排三维涡流场-温度场耦合分析

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1、第24卷第3期电力科学与技术学报Vo1．24No．32009年9月JOURNALOFEIECTRICPOWERSCIENCEANDTECHNOLOGYSep．2009大电流母排三维涡流场一温度场耦合分析陈平，薛毓强，郭建钊，江修波，沈谢林(1．福州大学电气工程学院，福建福州350002；2．泉州电业局，福建泉州360000)摘要：利用有限元方法建立大电流开关柜母排的三维涡流场——温度场耦合分析模型，计算三维涡流场，得到磁感应强度和焦耳损耗的大小及分布规律；将焦耳热作为热源，通过顺序耦合方式计算出母排的温度场分布情况．实验结果验证了计算模型的准确性．在此基础上深入探讨不

2、同工作电流对母排产生的温度场的变化规律，对设计大电流开关柜有参考价值．关键词：有限元；大电流；涡流场；温度场中图分类号：TM154．21文献标识码：A文章编号：1673—9140(2009)03-O068-04Analysisofcouplededdycurrent-thermalfieldforheavycurrentbusbarCHENPing，XUEYu—qiang，GUOJian—zhao，JIANGXiu—bo，SHENXie—lin(1．CollegeofElectricalEngineeringandAutomation，FuzhouUniversity

3、，Fuzhou350002，China；2．QuanzhouElectricPower—supplyBureau，Quanzhou360000，China)Abstract：A3DindirectcoupledFiniteElementAnalysis(FEA)modelofthecouplededdycurrent—ther-malfieldiSestablishedforheavycurrentbusbarinswitchcabinet．TheeddycurrentfieldiScalculatedfirstly。thedistributioncharacters

4、ofmagneticfluxdensityandiouleheatiSobtained．ThenthethermalfielddistributioniScalculatedwiththedecentralizediouleheatasheatsources．ExperimentsresultsverifythattheFEAmodeliScorrect．TheinfluencelawoftheoperatingcurrentonthermalfieldiSalsostudied．Itwillbeagoodreferencefordesignswitchcabinet

5、swithheavycurrent．Keywords：finiteelementanalysis；heavycurrent；eddycurrentfield；thermalfield近年来，国内电网发展迅速，技术设备明显提3．2kA，使得开关柜温升超标问题更为常见．在现高，中压开关柜已经在电网中得到了广泛的使用．并实使用中发现，当电流超过2500A时，母排温升有且，随着经济的发展，某些地区用电负荷快速增长，接近甚至超过允许温升的趋势，不仅影响开关柜的部分变电站的lOkV侧负荷电流已接近或超过整体温度，更是直接影响设备的安全稳定运行，将对收稿日期：2009-06-05基

6、金项目：福建省自然科学基金(A0710003)；福建省教育科学基金(JB06045)．．通讯作者：陈平(1984一)，男，硕士研究生，主要从事变压器及开关设备温升控制的研究；E—mail：dcd1984@foxmail．corn第24卷第3期陈平，等：大电流母排三维涡流场一温度场耦合分析69绝缘件的性能和设备寿命造成很大影响．因此，研究cp警=击(IA，I+和预测开关柜母排的发热温升具有非常重要的意义．(A+去(A+一Q(9)有限元方法是目前研究电磁场和温度场的一种式中p为材料的密度；A，c为材料的导热系数和比有效的数值计算方法．ANSOFT公司的Maxwell3D热

7、；Q为内热源强度．和ePhysics分别是应用于电磁场和温度场的有限元在母排的外表面上应该满足对流和辐射边界条分析软件．笔者利用2种软件对母排进行电磁场和件[，即温度场的耦合仿真计算，并根据实际测量结果进行q·=k(T—Ta)+80"(—)．(10)分析研究．式中是环境温度；表示史蒂芬一玻尔兹曼常数；表示母排表面的热发生率；k表示母排表面的1数学模型对流换热系数；q表示热流密度矢量．1．1涡流电磁场求解方程2大电流母排的有限元计算模型对于三维涡流电磁场，采用直接计算的方法求解H时谐场时的麦克斯韦方程为⋯2．1母排的有限元模型E=一jwtzH；(1)根