【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气设备，尤其涉及一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法。
技术介绍
1、气体绝缘开关设备(gis)在电力系统有着非常广泛的应用。在高压gis设备的研发和测试过程中，现场实验成本较高且存在安全风险。作为重要的研究手段，仿真提供了更安全的测试环境，有限元模拟能够在虚拟环境中还原各种过程，并且避免了实际试验过程中的高昂成本，减少资源浪费。
2、国内外研究人员通过仿真软件对各类开关设备进行多物理场耦合仿真，同时根据实际情况施加不同的边界条件，以此求解各工况下设备整体或局部的参数及分布规律，来作为设备改进的理论基础。充气柜的特点是气箱结构将一次回路部分密封，内部充入了微正压气体作为绝缘介质。这样的结构使环保柜在高海拔、潮湿、污染等极端环境下的适应能力更强，不易受环境因素的限制，适用范围更广。然而，这样的结构同时也导致了载流导体产出的热量难以排出，增大了gis出现异常温升的概率。开关设备的温升异常和温升特性优化问题一直是技术难点，从仿真层面来看，需要保证有限元模拟的结果与实物实验的误差尽可能的小，采取多物理场耦合的仿真分析方法正是为了还原设备在不同条件运行下的真实状态，以此获得各工况下不同类型gis设备整体或局部的参数及其分布规律。
3、研究人员通过积极开展多物理场仿真研究，尤其是电场与热场间的耦合仿真，全面地探讨gis设备的性能。有限元仿真的研究流程通常为按要求考虑两到三个物理场，根据实际模型进行简化和构建，进行材料设置并按需合理划分网格，最后施加边界条件完成数值求解，分析仿真结果，以此来
4、运行经验表明，由于gis内部存在可分离接触点，最高温度通常分布在断路器触头附近。长期通断大电流会导致断路器触头表面结构发生显著变化，电流的收缩效应造成局部温度异常激增，甚至烧毁gis内部组件。由接触面劣化引发的局部发热故障占所有gis故障的29％，是最常见的故障类型。断路器通断电弧过程中，高温会导致触头金属部分熔化和汽化，这一劣化过程称为触头表明的电磨损。
5、传统的仿真方法大多基于电场和热场间的有限元耦合，探讨了不同型号设备的温度分布，但研究对象通常是以传统sf6气体为绝缘介质的gis设备，对于新兴的环保气体绝缘充气柜研究并不充分，由于理化特性的不同，同样外界条件下，环保气体会有不同的表现；另一方面，接触电阻作为加剧温升的基本原因之一，其数值并非长期不变，而是随着运行时长的增加有所波动。对于温升异常的现象，相关研究多关注于提高外界通风和改善散热效率，却未从根本原因出发，研究电磨损对设备带来的持续影响。这一触头结构的劣化过程从结果上表现为接触电阻的持续增大，从而带来更高的焦耳热，在有考虑这一现象的研究中，大都采用了holm公式。然而，实际上动、静触头间的触点并不是平坦的。在动触点和静触点分合过程中，电弧产生高温和火花，导致接触镀层材料的侵蚀和汽化，形成气体和等离子体，进一步增加表面粗糙。作为经验公式，对于这样复杂结构的接触面，holm公式会引入不可忽略的误差，直接造成有限元仿真结果偏离真实值。
6、目前采用仿真方法模拟可分离式接触面的温升异常的研究中，主要存在如下的问题:
7、1)传统仿真中，接触面通常被简化为光滑、均匀的平面，假设接触状态理想化，忽略了实际表面存在的微观凹凸和接触点分布的不均匀性。实际接触面上仅有部分区域真正接触，且接触点分布受表面粗糙度和压力等因素影响，形成局部“热点”区域。这样的简化处理低估了接触电阻和局部温升，无法准确反映实际工作条件下的温度分布，尤其在高负载或长时间运行中，这种忽视可能导致温升异常的预测不足。
8、2)在现有研究中，针对接触面局部温升异常的研究往往仅限于短期模拟，忽略了长期运行对温升特性的影响。特别是在开合操作过程中，电弧现象对触点的长期损耗和劣化未被充分考虑。大多数研究集中在单一工况、固定参数和条件下进行仿真，而未能动态跟踪触点劣化过程中的温升变化。这种局限性导致现有研究未能全面捕捉设备在实际工作条件下的温升特性变化，无法有效预测长时间运行中可能出现的温升异常。
9、3)目前的仿真研究大多集中在传统气体绝缘开关柜上，通常采用高全球变暖潜力(gwp)的sf6气体作为绝缘介质。其内部结构和材料选择也多沿用传统设计，缺乏对环保型材料和结构的探索。这种局限性使得传统研究无法适应日益增长的环保需求和新型材料的应用场景。
10、为更深入地探讨电磨损这一劣化过程对设备整体温升的持续影响，需要开发准确的温升建模方法，来评估触点微观变化的过程。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法。
2、本专利技术采用的技术方案是：
3、一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其包括以下步骤：
4、步骤1，对照干燥空气绝缘环保柜实物进行参数测量，合理简化结构后进行物理建模得到基本模型；
5、进一步地，步骤1物理建模时(1)通过详细测量实物设备的物理参数确保数值模型在尺寸上的一致性，保留导体回路的形状和几何特征；(2)准确还原触头结构并简化不重要的细节。例如螺钉、螺栓和电路表面纹理等结构会显著增加仿真计算的工作量，但对结果影响非常小，可以进行简化。(3)对于体积大且内部结构复杂的部分，如操作机构，内部细节不在研究范围内，对其简化处理。
6、步骤2，对基本模型进行电-热-流多物理场耦合并设定设备材质，同时计算baharami电接触模型的电磨损参数；
7、步骤3，对基本模型施加有限元模型边界条件并完成网格划分；
8、具体地，完整的网格包括了330,279个区域单元、67,944个边界单元和6,187个边缘单元，能够满足仿真要求。求解的自由度为60,490，其中包括71,454个内部自由度。
9、步骤4，设定温度探针并运行comsol记录仿真数值，同时控制变量对同型号环保柜实物设备内部进行埋点升温实验并同点位测温；
10、步骤5，对仿真数据和测量数据进行误差分析判断基本模型的精确性是否满足要求；如果是，则执行步骤6；否则，检查、修改并优化基本模型并执行步骤2；
11、步骤6，根据不同磨损程度参数分布进行调整参数以动态还原设备服役周期各个阶段的工况状态；
12、步骤7，基于各个阶段的工况状态调整基本模型的表面结本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：环保柜包括操作机构室、电缆室、母线室、仪表室和泄压室组成；母线室由气箱密封并保持0.3Mpa的微正压，母线室包含三相母线、断路器、隔离刀闸、绝缘套管及固定隔板。
3.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤2中利用数学软件计算计算Baharami电接触模型的电磨损参数。
4.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤2中计算Baharami电接触模型的电磨损参数的公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤4中环保柜额定电流为630A，温升试验在1.1倍额定电流下进行；运行环境温度设置为室温，即298.15K。
6.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤7中表面
7.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤7中通过对不同服役期限的同型号环保柜实物进行调研，测得不同磨损状态的凸丘分布特征，以此为参考值进行温升模型的参数设定，实现对设备不同工况的模拟。
...【技术特征摘要】
1.一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：其包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：环保柜包括操作机构室、电缆室、母线室、仪表室和泄压室组成；母线室由气箱密封并保持0.3mpa的微正压，母线室包含三相母线、断路器、隔离刀闸、绝缘套管及固定隔板。
3.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤2中利用数学软件计算计算baharami电接触模型的电磨损参数。
4.根据权利要求1所述的一种动态反映触点结构微观变化的环保柜温升建模方法，其特征在于：步骤2中计算baharami电接触...
【专利技术属性】
技术研发人员：许广坤，李建兴，杨秋玉，林贞荣，韩云，
申请(专利权)人：福建理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。