基于有限元分析的单相GIS母线电磁热流耦合场仿真.docx

基于有限元分析的单相GIS母线电磁热流耦合场仿真
基于有限元分析的单相GIS母线电磁热流耦合场仿真
摘要：
随着电气能源的迅猛发展，高压电气设备在电力系统中发挥着至关重要的作用。而电气设备在长期运行过程中会产生大量的热量，若无法有效的散热则会导致设备损坏甚至发生事故。因此，对电气设备的热耦合场进行仿真和分析具有重要的工程应用。本文基于有限元分析的方法，以单相GIS母线为研究对象，进行了电磁热流耦合场仿真分析。通过对GIS母线的电磁和热耦合进行建模和仿真，得出了GIS母线在工作过程中的温度分布情况和热量损耗，从而为GIS母线的散热设计和安全运行提供参考。
关键词：有限元分析，电磁热流耦合场，GIS母线，温度分布，热量损耗
1引言
电力系统是现代社会中不可或缺的基础设施，而高压电气设备作为电力系统的重要组成部分，其稳定运行对于电力系统的安全运行具有至关重要的意义。然而，电气设备在长期运行过程中会不可避免地产生大量的热量，若无法及时有效地散热会导致设备温度过高，进而引起设备的性能下降、甚至损坏。因此，对电气设备的热耦合场进行仿真和分析具有重要的工程应用价值。
2有限元方法简介
有限元方法是一种通过将连续物体分割成有限个单元，利用数值计算的方法对物体的结构和物理场进行计算和分析的方法。它具有适用于各种复杂边界条件和多物理场耦合的特点，因此在电磁热流耦合场仿真中具有广泛的应用。
3GIS母线的电磁和热耦合建模
GIS（GasInsulatedSwitchgear）母线是高压电力系统中的重要组成部分，其承担着输变电站内部电流的传输和分配任务。在工作过程中，由于电流的流过，会产生大量的热量。因此，对GIS母线的电磁和热耦合进行建模和仿真分析十分必要。
首先，根据GIS母线的结构特点和材料参数，将其进行离散化处理，并建立起相应的几何模型和材料模型。然后，利用有限元方法对母线的电磁和热耦合进行求解。在电磁求解中，通过采用安培定律和欧姆定律，得到母线的电流分布情况；在热耦合求解中，利用热传导方程，求解母线的温度分布情况。
4结果与分析
通过进行电磁热流耦合场的仿真分析，得出了GIS母线在工作过程中的温度分布情况和热量损耗。根据仿真结果可知，GIS母线的温度分布呈现出非均匀性，局部区域能够达到较高的温度。这可能会导致设备的性能下降和寿命缩短。另外，根据仿真结果还可以得到GIS母线的热量损耗情况，这对于制定合理的散热设计方案具有重要的参考价值。
5结论
本文基于有限元分析的方法，对单相GIS母线的电磁热流耦合场进行了仿真分析。通过对GIS母线的电磁和热耦合进行建模和仿真，得出了GIS母线在工作过程中的温度分布情况和热量损耗，从而为GIS母线的散热设计和安全运行提供参考。本文的研究成果对于提高电气设备的热管理能力，保证电力系统的安全运行具有一定的理论和工程应用价值。
参考文献：
[1]陈新华.GIS绝缘子串电磁热耦合仿真与分析[J].高压电器,2012,48(9):47-53.
[2]刘宏.电气设备散热仿真分析中的有限元方法应用[J].电器与能效管理,2019,46(8):91-92.