一种抑制开关柜凝露的模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制开关柜凝露的模拟方法，涉及电力设备绝缘状态评估技术领域。包括以下步骤，建立简化的开关柜模型并进行结构化网格剖分；根据开关柜内不同的热传递方式计算开关柜内的温度；根据开关柜内的湿气扩散方式计算开关柜内的湿度；根据计算的温度和湿度确定凝露抑制方式。本发明专利技术简化了开关柜的细节结构，计算了温湿度相互耦合过程下开关柜内部的温湿度分布，增设通风装置和加热装置研究了开关柜内部抑制凝露形成的措施，并利用数值计算验证了该措施的有效性，该方法计算量小，计算效率高。

A simulation method for restraining condensation of switchgear

The invention discloses a simulation method for inhibiting the condensation of switch cabinet, and relates to the technical field of insulation evaluation of power equipment. The following steps include the following steps: a simplified model of switch cabinet is established and structured mesh is divided; the temperature in the switchgear is calculated according to the different heat transfer modes in the switchgear; the humidity in the switchgear is calculated according to the moisture diffusion in the switchgear, and the condensation suppression method is determined according to the calculated temperature and humidity. This invention simplifies the detail structure of the switch cabinet, calculates the temperature and humidity distribution in the switch cabinet under the mutual coupling of temperature and humidity, adds the ventilation device and the heating device, and studies the measures to suppress the condensation inside the switch cabinet, and uses the numerical calculation to verify the effectiveness of the measure. The calculation is small and the calculation efficiency is calculated. High.

【技术实现步骤摘要】
一种抑制开关柜凝露的模拟方法
本专利技术涉及电力设备绝缘状态评估
，具体涉及一种抑制开关柜凝露的模拟方法。
技术介绍
高压开关柜作为电能分配设备在电网运行中起着非常重要的作用，而开关柜的绝缘能力是开关柜能否安全稳定运行的重要因素。高压开关柜的绝缘能力除了本身的设计、材料和质量因素外，室内运行环境的温度、湿度和凝露等恶劣环境因素引起的开关柜绝缘事故屡有发生。开关柜长期运行经验表明，柜内凝露的产生会导致内部绝缘性能下降，各类绝缘缺陷会逐渐发展为击穿，酿成事故，对整个电力系统的稳定性有重要影响。因此，解决开关柜凝露对开关柜安全运行及电网稳定十分重要。目前，对开关柜内凝露现象的理解认识尚不深入，其凝露的物理过程，特别是凝露中的能量与质量交换机制尚不明确，在不同运行条件对凝露的影响因素也缺乏系统分析，亟需建立开关柜凝露仿真模型，深入研究其凝结过程及影响因素，掌握湿空气凝露条件下开关柜内绝缘件劣化、金属件腐蚀过程及凝露对柜内绝缘的劣化过程及检测表征评价方法，以指导开关柜内防凝露优化设计与及现场维护作业。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开一种抑制开关柜凝露的模拟方法，能够明确开关柜内部凝露现象的形成原因，并提出开关柜内部防凝露的措施。为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤，建立简化的开关柜模型并进行结构化网格剖分；根据开关柜内不同的热传递方式计算开关柜内的温度；根据开关柜内的湿气扩散方式计算开关柜内的湿度；根据计算的温度和湿度确定凝露抑制方式。进一步的，所述开关柜模型内充满SF6气体并保持在0.4MPa。如权利要求1所述抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：所述开关柜模型仅保留断路器、触头盒、三相母线、三相电缆、套管和绝缘隔板。进一步的，其特征在于：所述结构化网格剖分采用分区域建模和局部细化剖分的方式，对整个开关柜内不同的空间区域和结构进行分别处理。进一步的，其特征在于：所述开关柜模型包括三维仿真模型。进一步的，其特征在于：所述开关柜内的热传递方式包括热传导、热对流和热辐射。进一步的，其特征在于：所述开关柜内的温度的计算方程式为，式中，ρ为空气密度，kg/m3；cp为空气的定压比热，J/(kg·K)；V为开关柜体积，m3；T0(t)为t时刻柜内空气温度，K；Qc(t)为t时刻柜内气体与绝缘材料表面的对流换热量，W；QV(t)为t时刻由于通风换气进入柜内的热量，W；Qf(t)为t时刻通过隔板进入柜内的热量，W。进一步的，其特征在于：所述湿气扩散方式服从菲尼克扩散定律。进一步的，其特征在于：所述湿度的计算采用温度场计算方式。进一步的，所述湿度计算方程式为，本专利技术公开一种抑制开关柜凝露的模拟方法，具有以下的有益效果：湿度场计算过程简单高效，利用湿度扩散方程和温度扩散方程的相似性，通过变量替换的方式，采用温度扩散方程来计算湿度场的扩散过程，较以往直接求解刚度矩阵方程的方法更加高效；数值计算过程更加准确：计算过程中，温度场和湿度场扩散方程同时求解，考虑了温湿度场之间的相互影响过程，计算结果适用于实际运行工况下的开关柜；从凝露形成的物理机制角度提出开关柜内部防凝露措施，在计算中，通过增加通风装置和加热装置，进一步计算了开关柜内部的温湿度分布，并依据计算结果提出开关柜内部防凝露的措施，并验证了其有效性。简化了开关柜的细节结构，计算了温湿度相互耦合过程下开关柜内部的温湿度分布，增设通风装置和加热装置研究了开关柜内部抑制凝露形成的措施，并利用数值计算验证了该措施的有效性，该方法计算量小，计算效率高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的的流程图；图2是本专利技术实施例开关柜触头盒相对湿度随时间的变化图；图3是本专利技术实施例加通风装置后开关柜触头盒相对湿度随时间变化图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1，本专利技术实施例所述一种抑制开关柜凝露的模拟方法，包括数值计算模型的建立、温度场数值计算和湿度场数值计算三部分。数值计算模型的建立，包括以下步骤：气体绝缘开关柜主要包括外壳、断路器拉杆、断路器底座、隔离静触头、隔离导体、隔离拉杆等一系列构件，内部结构较为复杂，直接在Comsol软件中建立仿真模型比较困难。故先在Solidworks软件中画出开关柜的三维模型，再将其文件格式转换为可以导入Comsol软件的类型，最后将其导入Comsol中进行温湿度场的计算。通过最终的仿真结果确定开关柜内部温度较低、湿度较高的部分，进而提出有针对性的开关柜内部防凝露的措施。因此采用如下的技术路线：在Solidworks软件中画出开关柜的三维简化模型；将Solidworks中的三维模型导入Comsol中，建立仿真的模型，并修复其缺陷部分；尝试将Solidworks文件转换为以下几种格式：.x_t、.x_b、.sldasm、.ipt，将这些文件类型依次导入Comsol中，选择其中最适合用于仿真的文件，在COMSOL中建立开关柜结构的三维几何模型。对建立的三维模型进行网格剖分，针对其中的细节部分进行网格细化；设定模型边界条件，包括热通量边界设定、热源边界设定等；对模型各部分的材料进行定义；通过给出模型中各部分构件的恒压热容、导热系数、密度等来定义材料类型，添加的材料主要有空气、环氧树脂、铜、陶瓷四种类型。其中触头盒材料设定为环氧树脂，套管材料设定为陶瓷，断路器底座、隔离底座触头、隔离导体等金属导体设定为铜。对模型进行仿真计算，给出模型表面情况变化前后温度、湿度的分布情况。温度场计算设置，步骤如下：温度场计算过程中考虑了常见的三种热量传递方式，包括热传导、热对流和热辐射。热传导过程主要依靠组成介质的分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动进行热量传递，在固体、液体和气体中均可发生、热传导服从热传导定律：式中，k为热导率，x、y、z为笛卡尔坐标，Qv为体积生热率，ρ为材料密度，c是材料比容；热对流是由固体表面和阈值接触的流体之间存在温度差引起的。这里，主要考虑绝缘件(触头盒、套管等)、金属件(母线、外壳)和SF6气体之间的对流换热。对流换热方程可用下述方程描述：q0＝hA0ΔT式中，q0为传递的热量，h为对流换热系数，A0为固体(金属件和绝缘件)表面与SF6气体之间的有效接触面积，ΔΤ为固体(金属件和绝缘件)表面与SF6气体之间的温度差；热辐射是物质由于表面或体温度升高而产生的辐射电磁波现象，这里，当金属导体或绝缘件因焦耳热温度升高时，将会向气体氛围辐射电磁波。热辐射满足如下方程：q0＝εσA0(T4-Tamb4)式中，q0为传递的热量；ε为对流换热系数；A0为固体(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤，建立简化的开关柜模型并进行结构化网格剖分；根据开关柜内不同的热传递方式计算开关柜内的温度；根据开关柜内的湿气扩散方式计算开关柜内的湿度；根据计算的温度和湿度确定凝露抑制方式。

【技术特征摘要】
1.一种抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤，建立简化的开关柜模型并进行结构化网格剖分；根据开关柜内不同的热传递方式计算开关柜内的温度；根据开关柜内的湿气扩散方式计算开关柜内的湿度；根据计算的温度和湿度确定凝露抑制方式。2.如权利要求1所述抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：所述开关柜模型内充满SF6气体并保持在0.4MPa。3.如权利要求1所述抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：所述开关柜模型仅保留断路器、触头盒、三相母线、三相电缆、套管和绝缘隔板。4.如权利要求1所述抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：所述结构化网格剖分采用分区域建模和局部细化剖分的方式，对整个开关柜内不同的空间区域和结构进行分别处理。5.如权利要求1所述抑制开关柜凝露的模拟方法，其特征在于：所述开关柜模型包括三维仿真模型。6.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国广，张劲，林磊，张亮，钱平，徐华，刘浩军，邵先军，沈祥，许海峰，魏伟明，周冬成，王军慧，李俊华，金路，朱文灿，应昆翔，任基铭，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司绍兴供电公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33