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252kV三相共箱GIS母线壳体温度场分布特性研究
摘要
为研究252kV三相共箱GIS母线壳体温度场分布特性，本文采用有限元方法建立了252kVGIS母线模型，运用ANSYS软件模拟计算。结果表明，GIS母线壳体温度受多个因素的影响，包括电流、环境温度、材料热特性等。在理论上，对其进行数值计算也可以获得较为精确的温度分布。本文的研究对于GIS母线壳体温度的实际应用具有一定的指导意义。
关键词：GIS母线，壳体温度，有限元，ANSYS
Abstract
Inordertostudythetemperaturedistributioncharacteristicsoftheshellof252kVthree-phasecommonboxGISbusbar,thispaperusesfiniteelementmethodtoestablishthemodelof252kVGISbusbarandsimulateandcalculateitbyANSYSsoftware.TheresultsshowthatthetemperatureofGISbusbarshellisaffectedbymultiplefactors,includingcurrent,ambienttemperature,materialthermalcharacteristics,etc.Intheory,numericalcalculationcanalsoobtainmoreaccuratetemperaturedistribution.TheresearchofthispaperhascertainguidingsignificanceforthepracticalapplicationofthetemperatureofGISbusbarshell.
Keywords:GISbusbar,shelltemperature,finiteelement,ANSYS
引言
GIS母线是GIS中重要的组成部分之一，起到传输电力的作用。由于GIS母线通常运行在高电流、高电压和高频率下，故而其在运行过程中产生大量的热功耗，同时还会受到环境温度影响。母线传导的电流使得其上出现了温度梯度，温度分布不均会影响设备的安全运行和使用寿命。因此，对GIS母线壳体的温度场分布特性进行研究，对于保障电力设备的安全运行具有非常重要的实际意义。
本文通过有限元方法建立了252kV共箱GIS母线壳体模型，利用ANSYS软件对其进行了模拟计算。在得到模拟计算结果的基础上，分析电流、环境温度等因素对GIS母线壳体温度分布的影响。最后，本文总结了研究结果并对GIS母线设计和使用提出了建议。
1.建立252kV共箱GIS母线壳体模型
本文通过建立252kV共箱GIS母线壳体模型，对其进行模拟计算。
1.1建立模型
图1所示为252kV共箱GIS母线的建模流程。首先，本文将GIS母线的几何尺寸进行测量，制定母线的三维设计模型。其次，为保证仿真计算的精度，对模型进行细分，分成多个单元进行求解。
图1252kV共箱GIS母线的建模流程
1.2壳体材料特性和参数设置
GIS母线壳体主要由铝合金和铠装环气体组成。表1所示为仿真计算中所用的材料参数。
表1材料参数
参数|值
--|--
密度|2.70E-09kg/mm³
导热系数|2.37W/(m·K)
1.3模拟计算
对于GIS母线的模拟计算，本文采用ANSYS软件实现。具体而言，本文首先将GIS母线的三维模型导入到ANSYS软件中，建立热传导分析模型。其次，为了模拟各类不同工况，对电流、环境温度等参数进行设定，如图2所示。最后，利用求解器，对模型进行求解，在不同的工况下获得GIS母线壳体温度分布的仿真计算结果，如图3所示。
图2模拟计算参数
图3GIS母线壳体温度分布
2.影响GIS母线壳体温度的因素
GIS母线壳体的温度受到多种因素的影响。本节主要从电流和环境温度两个方面进行分析。
2.1电流
GIS母线通常处理的是高压高电流，而电流是母线壳体温度发生变化的主要原因之一。在电流流过母线时，会产生焦耳热。当电流密度较高时，焦耳热也就越大，此时母线壳体的热传输能力可能无法将这部分热量与环境中的热量进行交换而导致温度升高。同时，电流的变化也会导致母线壳体温度发生变化，这是因为有电流通过时产生的热量，在电流消失后不断散发热量，因此这种变化也会影响GIS母线壳体温度的分布。
2.2环境温度
环境温度是另一个影响GIS母线壳体温度的重要因素，因为所处环境的温度会影响热量的传递。在高温或者潮湿环境下，GIS母线壳体所处的温度也会升高。因此，在设计GIS母线仪表时，需要将环境温度因素纳入其中。
3.结论和建议
本文研究了252kV共箱GIS母线壳体温度场分布特性，并