本發(fā)明屬于高電壓與絕緣，具體為干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法及相關(guān)設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展，保障電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行極其重要。變壓器是維持電力系統(tǒng)可靠運行的關(guān)鍵設(shè)備。套管在運行中長期承載著電壓、電流和強機械負荷，內(nèi)部存在很高的電、熱和機械應(yīng)力，隨著電力設(shè)備運行年限的增加，套管故障暴露的安全隱患層出不窮。

2、干式套管具有電氣性能穩(wěn)定、無油阻燃、體積小、重量輕等特點，相比油浸紙?zhí)坠?，具有良好的防火防爆性能，在對安全和性能要求越來越高的電網(wǎng)和電力設(shè)備發(fā)展背景下，干式套管的應(yīng)用日趨增多，但運行過程中套管長期受到電應(yīng)力、熱應(yīng)力和機械應(yīng)力等多種應(yīng)力共同作用，不僅承擔(dān)著大負荷電流引起的溫升影響，而且環(huán)境中的溫度以及變壓器的油溫，也會對套管的溫度產(chǎn)生影響，運行中由于套管溫度過高造成的熱絕緣失效引發(fā)絕緣擊穿已是屢見不鮮。

3、以往研究大多是控制單一變量，未考慮環(huán)境、油溫、負載率等參量變化對變壓器套管內(nèi)部溫度分布影響，如何將環(huán)境變化指數(shù)同干式套管有限元模型結(jié)合，建立考慮實際運行工況的干式套管高保真仿真模型，分析多參量共同變化下套管的內(nèi)部溫度分布特性，為套管的狀態(tài)監(jiān)測提供研究基礎(chǔ)很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的提供了一種干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法及相關(guān)設(shè)備，解決了以往研究大多是控制單一變量，未考慮環(huán)境、油溫、負載率等參量變化對變壓器套管內(nèi)部溫度分布影響的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，包括：

4、建立有限元計算模型，對有限元計算模型各部分進行參數(shù)設(shè)定；

5、計算設(shè)置好參數(shù)的有限元模型的電場分布；

6、添加電流場及流固傳熱場耦合計算電磁損耗；

7、將電磁作為套管的熱源插入項，計算電磁-熱-流耦合結(jié)果，基于電磁-熱-流耦合結(jié)果施加邊界條件，計算瞬態(tài)溫度分布場；

8、基于溫度場分布和電場分布對套管內(nèi)部熱點溫度進行動態(tài)監(jiān)測，獲得熱點溫度隨運行時間變化模型。

9、優(yōu)選地，建立有限元計算模型的步驟具體為：

10、依次確定最大徑向場強和絕緣層數(shù)，選取許用軸向場強，根據(jù)許用軸向場強確定下部臺階；

11、基于額定的工頻擊穿電壓確定電容芯子上下部軸向場強基于下部臺階確定上部臺階上；

12、根據(jù)最大徑向場強確定兩側(cè)的徑向場強；

13、基于最大徑向場強和兩側(cè)的徑向場強獲取各層極板半徑和電極長度，建立有限元計算模型。

14、優(yōu)選地，對有限元計算模型各部分進行參數(shù)設(shè)定包括對sf6氣體、銅導(dǎo)電桿、鋁合金結(jié)構(gòu)件、環(huán)氧浸漬紙、變壓器油、硅橡膠絕緣護套和法蘭參數(shù)的設(shè)定。

15、優(yōu)選地，計算設(shè)置好參數(shù)的有限元模型的電場分布的步驟具體為：

16、將零序極板與中心載流導(dǎo)體整體及其相連的金屬部件設(shè)置為高電勢，外導(dǎo)桿不參與載流，但與內(nèi)導(dǎo)體為等電勢；

17、末屏極板及連接法蘭、變壓器油箱設(shè)置為接地；

18、除零序極板和末屏極板外，其余極板設(shè)置為懸浮電位；

19、采用采用靜電物理場計算在交流電壓激勵下的電場分布。

20、優(yōu)選地，將電磁作為套管的熱源插入項，計算電磁-熱-流耦合結(jié)果具體為：

21、

22、式中：t為溫度；c為比熱容；λ為熱導(dǎo)率；x，y，z為坐標(biāo)值；ρ為密度；t為時間；q為單位體積發(fā)熱功率，由電磁熱耦合計算得到。

23、優(yōu)選地，邊界條件為：金屬導(dǎo)桿作為整個模型的熱源施加熱量，電容芯子及絕緣護套絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗發(fā)熱；套管與空氣和變壓器油接觸外表面存在自然對流換熱，套管表面向外部環(huán)境輻射熱量，輻射系數(shù)為0.9。

24、優(yōu)選地，基于電磁-熱-流耦合結(jié)果施加邊界條件，計算瞬態(tài)溫度分布場的步驟具體為：

25、首先，對套管溫度場進行初始化，根據(jù)初始溫度值確定出膠浸紙的各項介電和熱物性參數(shù)，依次施加電壓及電流激勵，得出總功率損耗分布，將功率數(shù)據(jù)加載到溫度場計算環(huán)境下，計算得出當(dāng)次迭代的溫度數(shù)值，和前次迭代的溫度場計算結(jié)果進行比較，如若小于收斂判據(jù)則停止仿真，輸出結(jié)果，否則重復(fù)上述過程，直至收斂。

26、干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算系統(tǒng)，包括：

27、模型建立模塊：用于建立有限元計算模型，對有限元計算模型各部分進行參數(shù)設(shè)定；

28、第一計算模塊：用于計算設(shè)置好參數(shù)的有限元模型的電場分布；

29、第二計算模塊：用于添加電流場及流固傳熱場耦合計算電磁損耗；

30、溫度場分布獲取模塊：用于將電磁作為套管的熱源插入項，計算電磁-熱-流耦合結(jié)果，基于電磁-熱-流耦合結(jié)果施加邊界條件，計算瞬態(tài)溫度分布場；

31、監(jiān)測模塊：基于溫度場分布和電場分布對套管內(nèi)部熱點溫度進行動態(tài)監(jiān)測，獲得熱點溫度隨運行時間變化模型。

32、一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法的步驟。

33、一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法的步驟。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法及相關(guān)設(shè)備，建立有限元計算模型，對有限元計算模型各部分進行參數(shù)設(shè)定，計算設(shè)置好參數(shù)的有限元模型的電場分布，基于電場分布進行電磁-熱-流耦合計算，獲得電磁-熱-流耦合計算結(jié)果，基于電磁-熱-流耦合計算結(jié)果施加邊界條件，獲得干式套管溫度場分布，輸出干式套管溫度場分布和電場分布，構(gòu)建的干式套管仿真計算模型考慮實際運行工況下外部參量變化特征，動態(tài)構(gòu)建熱點溫度隨運行時間變化模型，實現(xiàn)對干式套管芯體電場及溫度分布的精確仿真，為判斷干式套管運行狀態(tài)提供參考依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，建立有限元計算模型的步驟具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，對有限元計算模型各部分進行參數(shù)設(shè)定包括對sf6氣體、銅導(dǎo)電桿、鋁合金結(jié)構(gòu)件、環(huán)氧浸漬紙、變壓器油、硅橡膠絕緣護套和法蘭參數(shù)的設(shè)定。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，計算設(shè)置好參數(shù)的有限元模型的電場分布的步驟具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，將電磁作為套管的熱源插入項，計算電磁-熱-流耦合結(jié)果具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，邊界條件為：金屬導(dǎo)桿作為整個模型的熱源施加熱量，電容芯子及絕緣護套絕緣介質(zhì)的介質(zhì)損耗發(fā)熱；套管與空氣和變壓器油接觸外表面存在自然對流換熱，套管表面向外部環(huán)境輻射熱量，輻射系數(shù)為0.9。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法，其特征在于，基于電磁-熱-流耦合結(jié)果施加邊界條件，計算瞬態(tài)溫度分布場的步驟具體為：

8.干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種計算機設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器中并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法的步驟。

10.一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至7任一項所述干式套管電-熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種干式套管電?熱仿真模型及動態(tài)溫度計算方法及相關(guān)設(shè)備，建立有限元計算模型，對有限元計算模型各部分進行參數(shù)設(shè)定，計算設(shè)置好參數(shù)的有限元模型的電場分布，基于電場分布進行電磁?熱?流耦合計算，獲得電磁?熱?流耦合計算結(jié)果，基于電磁?熱?流耦合計算結(jié)果施加邊界條件，獲得干式套管溫度場分布，輸出干式套管溫度場分布和電場分布，構(gòu)建的干式套管仿真計算模型考慮實際運行工況下外部參量變化特征，動態(tài)構(gòu)建熱點溫度隨運行時間變化模型，實現(xiàn)對干式套管芯體電場及溫度分布的精確仿真，為判斷干式套管運行狀態(tài)提供參考依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：喬亞軍,叢培杰,劉蕓,周福升,潘雄,上官海洋,許孜博,王杰,潘歡,關(guān)世龍,朱春常
受保護的技術(shù)使用者：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10