一种GIS触头接触电阻的模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种GIS触头接触电阻的模拟方法，首先计算接触电阻的等效半径，并根据所述等效半径计算电流流过接触电阻的通流截面积，保持通流截面积不变，将接触电阻形状转化为矩形块，并在三维软件中对每一根触指建立等效接触电阻模型；然后对整个触指区域进行模型分类融合；在电磁场计算中，结合接触电阻的大小和等效模型的尺寸折算出其电导率，以模拟不同接触电阻的工况；在温度

【技术实现步骤摘要】
一种GIS触头接触电阻的模拟方法


[0001]本专利技术涉及GIS设备
，特别涉及一种GIS触头接触电阻的模拟方法。

技术介绍

[0002]气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear，后文简称GIS)以其占地面积小、运行可靠、使用寿命长、检修周期长、易于安装等优点被广泛运用在电力行业中，据统计近十年来，国家电网公司系统66～1000kV GIS在运量超过60000间隔，年平均增长率13％。虽然GIS设备运行可靠，但由于运输装配、结构材料、制作工艺等多方面原因，GIS设备的稳定性难以得到保证，有可能发生内部螺丝松动、缺失组件、绝缘介质击穿等问题。随着使用时间的推移，设备的使用寿命会缩短，设备的组件会积累不同程度的磨损。当缺陷积累到一定严重的程度，接触电阻变大，GIS设备触头会出现触头接触不良、温度过高现象，在误操作、过电压等外部诱因的作用下会引发故障，根据CIGRE23.10工作组国际调查报告中的统计数据，GIS内部引发事故的缺陷主要包括：(1)固定突出物；(2)金属微粒残留；(3)支撑绝缘子缺陷；(4)受潮；(5)绝缘配合；(6)接触不良；(7)与绝缘无关缺陷；(8)其他缺陷。不同缺陷类型引发的GIS故障的概率分布图如图所示,接触不良缺陷导致的故障占GIS所有故障的近1/3。若GIS设备的发热没有得到及时检测和处理，可能造成设备绝缘、接触不良和烧毁等隐患，引发一系列严重的电气事故。发热故障主要发生在触头及连接处，如GIS隔离开关触头和GIS母线绝缘子，故障特征主要表现为烧蚀，熏黑或出现粉末状二次产物。根据南方电网对2010—2015年GIS事故统计分析，导体接头异常温升问题表现突出，2015年接头异常温升占全年GIS故障数量的50％。
[0003]对于触头而言，由于接触电阻的存在，当GIS设备通电流时会产生温升，接触电阻变化太大将会造成GIS隔离开关过热现象，严重时甚至有可能会造成触头出现融滴，进而引发事故。而在对GIS设备开展电磁
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温度
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流体耦合场仿真时，需要在仿真中体现触头的接触电阻的特性，是实现GIS设备触头温度仿真的关键所在。
[0004]目前很多学者在接触电阻方面开展了诸多的研究，提供了很多可供参考的理论推导，但是在接触电阻仿真模拟方面没有较为实用以及精确的模拟方法。
[0005]西安交通大学侯国斌[1]相所有触指的接触等效为一个圆环整体，通过设定圆环的电导率，来模拟不同的接触情况，但是没有将每一根触指的接触电阻单独细分出来，接触电阻的等效较为粗糙，与实际地接触电阻效果差异较大；
[0006]纽春萍等人[2]存在接触电阻的位置，设定相应的网格节点耦合面积，即在有限元仿真中，两个相互接触的导体之间的物理量传递仅通过已耦合的节点来进行传递，以模仿电流收缩效应，实现接触电阻模拟。该方法对接触电阻的模拟最为贴合，但是确定不同接触电阻的网格节点耦合面积大小过程繁琐复杂，不利于推广，同时仅适用于电磁场计算，在温度
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流体场计算中，该方法无法实现接触电阻模拟
[0007]鉴于此，需要一种GIS触头接触电阻的模拟方法。
[0008][1]侯国斌,傅明利,邓晓峰,王邸博,李兴文,卓然.GIS温升的多物理场仿真与实
验及热通量分布特性[J].高电压技术,2019,45(07):2322
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2328.DOI:10.13336/j.1003
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6520.hve.20190628018.
[0009][2]纽春萍,强若辰,荣命哲,王振,王小华,金光耀.弹簧触指的稳态温升仿真与实验研究[J].高压电
[0010]器,2015,51(03):8
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14.DOI:10.13296/j.1001
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1609.hva.2015.03.002.

技术实现思路

[0011]本专利技术针对上述方案的缺点，不考虑以网格节点耦合的方式进行模拟，通过建立实际地物理仿真模型的方式实现模拟，但是会对接触电阻模拟的模型进行深入的细化，对每一根触指的接触电阻进行建模模拟，针对现已有方案存在的一个难点在于每一根触指的接触电阻相对于周围的模型，尺寸相差太大，在有限元仿真中难以实现网格剖分的技术问题。
[0012]根据本专利技术实施例的一方面，提供了一种GIS触头接触电阻的模拟方法，包括：
[0013]计算接触电阻的等效半径，并根据所述等效半径计算电流流过接触电阻的通流截面积；
[0014]保持通流截面积不变，将接触电阻形状转化为矩形块，并在三维软件中对每一根触指建立等效接触电阻模型；
[0015]对整个触指区域进行模型分类融合；
[0016]计算相应的接触电阻所对应的电阻率；
[0017]根据所述分类融合和电阻率对GIS设备的三维仿真模型进行电磁场网格剖分，完成剖分后进行电磁场损耗计算；
[0018]将完成剖分后的三维模型导入温度流体场计算平台，计算接触电阻的热导率，根据所述热导率设定接触电阻及其他GIS设备材料的相关属性；
[0019]根据所述电磁场损耗对设置热导率后的三维模型进行热源设置，得到最终三维模型；
[0020]对所述最终三维模型进行温度
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流体场网格剖分；
[0021]选择温度
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流体场计算的求解器，设定相关的求解参数，进行温度
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流体场计算。
[0022]可选地，将接触电阻形状转化为矩形块时，控制所述矩形块的长宽比小于5:1，厚度小于1mm。
[0023]可选地，对整个触指区域进行模型分类融合，具体包括：
[0024]将触指区域的SF6与外围腔体内的SF6分割开，形成相互独立的体；
[0025]将触指区域的SF6合并为一个整体，同时去除掉触头插入时所占的部分体积；
[0026]将屏蔽罩和底座合并为一个整体；
[0027]设置网格剖分顺序。
[0028]可选地，所述触指区域的SF6包括：触指间隙、接触电阻间隙、屏蔽罩间隙以及底座间隙所存在的所有SF6。
[0029]可选地，所述网格剖分顺序包括：按照接触电阻、触指、SF6气体、屏蔽罩整体的顺序进行网格剖分，各部分的网格剖分尺寸根据各部分的尺寸大小制定，但尺寸大小不能有跨数量级的差距，并且满足接触电阻尺寸<触指尺寸≤SF6气体尺寸≤屏蔽罩整体尺寸。
[0030]可选地，所述接触电阻的等效半径采用霍尔定律计算。
[0031]可选地，所述接触电阻的热导率采用威德尔曼
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弗朗兹定律计算。
[0032]可选地，对所述最终三维模型进行温度
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流体场网格剖分包括：
[0033]首先根据所述电磁场网格剖分对触指区域进行网格剖分；然后对除触指区域外的其余结构进行网格剖分，且对SF6流体域开展边界层网格剖分。
[0034]与现有的技术相比，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GIS触头接触电阻的模拟方法，其特征在于，包括：计算接触电阻的等效半径，并根据所述等效半径计算电流流过接触电阻的通流截面积；保持通流截面积不变，将接触电阻形状转化为矩形块，并在三维软件中对每一根触指建立等效接触电阻模型；对整个触指区域进行模型分类融合；计算相应的接触电阻所对应的电阻率；根据所述分类融合和电阻率对GIS设备的三维仿真模型进行电磁场网格剖分，完成剖分后进行电磁场损耗计算；将完成剖分后的三维模型导入温度流体场计算平台，计算接触电阻的热导率，根据所述热导率设定接触电阻及其他GIS设备材料的相关属性；根据所述电磁场损耗对设置热导率后的三维模型进行热源设置，得到最终三维模型；对所述最终三维模型进行温度
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流体场网格剖分；选择温度
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流体场计算的求解器，设定相关的求解参数，进行温度
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流体场计算。2.根据权利要求1所述的GIS触头接触电阻的模拟方法，其特征在于，将接触电阻形状转化为矩形块时，控制所述矩形块的长宽比小于5:1，厚度小于1mm。3.根据权利要求1所述的GIS触头接触电阻的模拟方法，其特征在于，对整个触指区域进行模型分类融合，具体包括：将触指区域的SF6与外围腔体内的SF6分割开，形成相互独立的体；将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，陈梁远，韩方源，饶夏锦，潘绍明，芦宇峰，黎大健，孙志媛，赵坚，李锐，陈千懿，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：