一种高压开关柜防凝露方法技术

一种高压开关柜防凝露方法，建立了开关柜凝露过程仿真的三维计算模型，相比传统的二维模型，可大大提高计算结果的准确度。数值计算模型考虑了电磁

【技术实现步骤摘要】
一种高压开关柜防凝露方法


[0001]本专利技术涉及高压电力设备绝缘性能诊断
，具体涉及一种高压开关柜防凝露方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国城市电网的不断发展，中置式高压开关柜作为主流产品已经广泛应用于配电网中。随着高压开关柜向小型化方向发展，开关柜的外形尺寸及占地面积大大缩小，但由于开关柜的外形尺寸缩小后，带电体之间、带电体与地电位之间的距离也随之缩小，开关柜内外环境及水分控制变得尤为重要，由于柜内空间狭窄且柜体密闭，在空气相对湿度大的地区，由于难以通过开关柜内空气自然对流将柜内水蒸气排出柜外，极易发生高压开关柜内部凝露现象，一旦空气相对湿度超过80％，对高压开关柜安全运行造成严重威胁。
[0003]目前缺乏准确的开关柜凝露过程数值模拟计算方法，导致对开关柜内凝露的机理认识不清晰，对于如何优化设计开关柜结构、避免因凝露导致的绝缘劣化问题缺乏有效的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了克服以上技术的不足，提供了一种提高仿真精度，有效指导开关柜防凝露设计的方法。
[0005]本专利技术克服其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种高压开关柜防凝露方法，包括如下步骤：
[0007]a)建立开关柜凝露过程仿真模型，该仿真模型包括含触头盒的断路器、铜排母线、电缆，含触头盒的断路器位于开关室内，铜排母线位于母线室内，电缆位于电缆室，开关柜内部的气体绝缘介质为空气；
[0008]b)设置温湿度边界条件；
[0009]c)进行温湿度计算耦合；
[0010]d)根据温湿度得到开关柜防凝露设计方法。
[0011]进一步的，步骤a)包括如下步骤：
[0012]a
‑
1)选择40.5kV金属铠装开关柜建立三维开关柜仿真计算模型，模型中包括含触头盒的断路器、铜排母线、电缆；
[0013]a
‑
2)在网络剖分中，对断路器、铜排母线、电缆作粗化网络剖分，对动静触头及触头盒进行精细化网格剖分；
[0014]a
‑
3)设置热源为流经铜排母线的大电流，电流值设为2000A，由焦耳热计算公式计算得到电流产生的热量；
[0015]a
‑
4)将铜排母线材料设为金属铜，将动静触头材料设为金属铜，将触头盒材料设为环氧树脂绝缘材料，将电缆外绝缘设为交联乙烯绝缘材料，设置开关柜内充满空气；
[0016]a
‑
5)将仿真计算设置为时域计算方式。
[0017]进一步的，步骤b)包括如下步骤：
[0018]b
‑
1)设置流经铜排母线的电流为2000A，由焦耳热计算公式计算得到电流产生的热量作为热源，完成热源设置；
[0019]b
‑
2)通过公式计算得到热流密度q，式中Q为通过面积A上的总热量，Q＝αAΔT，λ为材料热导率，n为方向坐标，T为温度，为T的导数，为n的导数，α为对流热系数，ΔT为两元件之间的温差，通过公式E＝εσ
b
T4计算得到绝对的黑体辐射力E，式中ε为总半球黑度，ε取值范围为[0,1]，σ
b
斯蒂芬
‑
玻尔兹曼常数，完成传热过程描述的建立；
[0020]b
‑
3)采用Fick扩散定律表示湿气在开关柜内部的扩散过程，完成传湿过程描述的建立；
[0021]b
‑
4)通过公式建立t时刻开关柜内部湿度平衡方程，式中w为元件内部体积含湿量，J为水蒸气流量，为w的导数，为矢量微分运算，J＝
‑
D
▽
ρ，D为湿度传递系数，ρ为水蒸气密度。
[0022]进一步的，步骤c)包括如下步骤：
[0023]c
‑
1)建立柜内湿热平衡方程式中ρ
a
为空气密度，V为开关柜柜内体积，W(t)为t时刻柜内元件的含湿量，为W(t)的导数，W
a
(t)为t时刻开关柜柜内各元件之间的散湿量，W
L
(t)为t时刻开关柜柜内元件与柜内湿空气之间的湿交换量，W
v
(t)为t时刻通风换气进入柜内的湿度；
[0024]c
‑
2)通过公式建立含湿量W与相对湿度以及温度之间的关系，式中ρ
v
为元件密度，为相对湿度，P
v_sat
为饱和水蒸气压力，B为常数，完成相对湿度与温度之间耦合关系的建立。
[0025]进一步的，步骤d)包括如下步骤：
[0026]d
‑
1)降低开关柜内绝缘件表面的对流换热系数，计算绝缘件表面温度分布；
[0027]d
‑
2)提高开关柜内绝缘件表面的传湿系数，计算绝缘件表面湿度分布；
[0028]d
‑
3)降低开关柜内绝缘件表面的对流换热系数的同时提高开关柜内绝缘件表面的传湿系数，计算绝缘件表面温度和湿度分布；
[0029]d
‑
4)根据步骤d
‑
1)至d
‑
3)的计算结果，获得绝缘件防凝露的对流换热系数和传湿系数。
[0030]进一步的，上述绝缘件为断路器的触头盒、穿墙套管及三相电缆。
[0031]本专利技术的有益效果是：建立了开关柜凝露过程仿真的三维计算模型，相比传统的二维模型，可大大提高计算结果的准确度。数值计算模型考虑了电磁
‑
温度
‑
湿度场之间的
耦合，可准确反映开关柜运行时柜内温度以及湿度的实际传递与耦合过程。通过数值计算模型获得了开关柜内绝缘件防凝露性能优异的表面对流换热系数和传湿系数，可有效指导开关柜防凝露设计。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的电磁
‑
温度耦合场下开关柜凝露过程计算方法流程图；
[0033]图2为本专利技术的温湿度耦合计算后柜内元件平均温度图；
[0034]图3为本专利技术的温湿度耦合计算后柜内元件平均相对湿度图；
[0035]图4为本专利技术的降低触头盒表面对流换热系数后平均温度图；
[0036]图5为本专利技术提高触头盒表面传湿系数后平均相对湿度图。
具体实施方式
[0037]下面结合附图1至附图5对本专利技术做进一步说明。
[0038]如附图1所示，一种高压开关柜防凝露方法，包括如下步骤：
[0039]a)建立开关柜凝露过程仿真模型，该仿真模型包括含触头盒的断路器、铜排母线、电缆，含触头盒的断路器位于开关室内，铜排母线位于母线室内，电缆位于电缆室，开关柜内部的气体绝缘介质为空气。
[0040]b)设置温湿度边界条件。
[0041]c)进行温湿度计算耦合。
[0042]d)根据温湿度得到开关柜防凝露设计方法。
[0043]具体的，步骤a)包括如下步骤：
[0044]a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压开关柜防凝露方法，其特征在于，包括如下步骤：a)建立开关柜凝露过程仿真模型，该仿真模型包括含触头盒的断路器、铜排母线、电缆，含触头盒的断路器位于开关室内，铜排母线位于母线室内，电缆位于电缆室，开关柜内部的气体绝缘介质为空气；b)设置温湿度边界条件；c)进行温湿度计算耦合；d)根据温湿度得到开关柜防凝露设计方法。2.根据权利要求1所述的高压开关柜防凝露方法，其特征在于，步骤a)包括如下步骤：a
‑
1)选择40.5kV金属铠装开关柜建立三维开关柜仿真计算模型，模型中包括含触头盒的断路器、铜排母线、电缆；a
‑
2)在网络剖分中，对断路器、铜排母线、电缆作粗化网络剖分，对动静触头及触头盒进行精细化网格剖分；a
‑
3)设置热源为流经铜排母线的大电流，电流值设为2000A，由焦耳热计算公式计算得到电流产生的热量；a
‑
4)将铜排母线材料设为金属铜，将动静触头材料设为金属铜，将触头盒材料设为环氧树脂绝缘材料，将电缆外绝缘设为交联乙烯绝缘材料，设置开关柜内充满空气；a
‑
5)将仿真计算设置为时域计算方式。3.根据权利要求1所述的高压开关柜防凝露方法，其特征在于，步骤b)包括如下步骤：b
‑
1)设置流经铜排母线的电流为2000A，由焦耳热计算公式计算得到电流产生的热量作为热源，完成热源设置；b
‑
2)通过公式计算得到热流密度q，式中Q为通过面积A上的总热量，Q＝αAΔT，λ为材料热导率，n为方向坐标，T为温度，为T的导数，为n的导数，α为对流热系数，ΔT为两元件之间的温差，通过公式E＝εσ
b
T4计算得到绝对的黑体辐射力E，式中ε为总半球黑度，ε取值范围为[0,1]，σ
b
斯蒂芬
‑
玻尔兹曼常数，完成传热过程描述的建立；b
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪鹏，李杰，李秀卫，师伟，孙景文，张丕沛，王江伟，赵中华，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：