一种计算含插接结构的套管温度场分布方法技术

本发明专利技术公开了一种计算含插接结构的套管温度场分布方法，包括S1建立含有插接结构的套管有限元模型，划分体网格与面网格；S2计算插接结构中的接触电阻，并反演出插接结构的体积电阻率；S3计算导杆的整体发热功率和插接结构的局部发热功率；S4计算套管整体温度分布，根据计算结果来修正步骤S2中电阻率的初值，并进行反复迭代，重复步骤S2‑S4，直至相邻两次的电阻率计算结果中测量点的差值小于预设的值。本发明专利技术综合考虑的套管内存在的不同传热方式、电流在导杆内的集肤效应以及中心导电杆连接部位处、表带触指与导杆之间的接触电阻，可以为带有具有不同连接结构的套管进行整体热场分布计算，有效降低了套管设计过程中对热设计的设计周期以及设计成本。

A method for calculating temperature field distribution of casing with plug structure

The invention discloses a method for calculating the temperature field distribution of a casing with a plug-in structure, including establishing a finite element model of the casing with a plug-in structure by S1, dividing the volume mesh and the surface mesh, calculating the contact resistance of the plug-in structure by S2 and inverting the volume resistivity of the plug-in structure, calculating the overall heating power of the guide rod and the plug-in connection by S3. Local heating power of the structure; S4 calculates the overall temperature distribution of the casing, corrects the initial value of resistivity in A2 according to the calculation results, and iterates repeatedly, repeating S2_S4 until the difference between the measured points in the calculation results of two adjacent resistivity is less than the preset value. The invention comprehensively considers the different heat transfer modes in the casing, the skin effect of the current in the guide rod, the contact resistance between the central conductive rod and the contact finger of the watch band and the guide rod, and can calculate the overall thermal field distribution of the casing with different connection structures, thus effectively reducing the casing design process. The design cycle and design cost of thermal design.

【技术实现步骤摘要】
一种计算含插接结构的套管温度场分布方法
本专利技术涉及电力
，具体涉及一种计算含插接结构的套管温度场分布方法。
技术介绍
特高压套管是诸多电力设备上的关键部件，如变压器、换流站阀厅、整流站阀厅等，其在电力系统中起到了支持导体引出、电气绝缘等作用，其安全稳定运行关系到了整个电力系统的可靠性。特高压套管除了需要受到电、机械力的作用以外，由中心导电杆欧姆发热和绝缘介质的焦耳发热导致的温度梯度分布也是影响安全运行的重要因素。目前对于特高压套管热分布的计算主要是借助数值模拟手段，考虑了导杆载流情况下电流的焦耳热，外界温度情况，对流、热传导与热辐射等传热方式下，将导杆载流量下将导杆等效为一根导体，从而计算焦耳热来导出特高压套管的温度分布，并未考虑接触电阻的存在。在该条件下的数值模拟结果为套管温度最高的部位均出现在中心导电杆与电容芯子的界面处，且靠近导电杆的中间位置，套管的最热点温度应低于造成其电气特性和理化特性变化的限值。然而近年来，国内外发生了多起由于导电杆对接处的缺陷引发的套管故障，从故障套管的解体分析结果来看，导电杆对接处发现高温过热痕迹的部位往往都是套管内部故障的起始点。因此，可以看出，仅仅考虑导电杆的欧姆发热是不全面的。在实际工程中，由于套管中连接结构的存在，用以连接的表带触指与导电杆之间的接触电阻阻值与导电杆相当，不可以忽略。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种计算含插接结构的套管温度场分布方法，以为套管的设计提供依据，确保其运行时的安全可靠性与稳定性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种计算含插接结构的套管温度场分布方法，所述方法包括：S1、建立含有插接结构的套管有限元模型，划分体网格与面网格；S2、计算插接结构中的接触电阻，并反演出插接结构的体积电阻率；S3、计算导杆的整体发热功率和插接结构的局部发热功率；S4、计算套管整体温度分布，根据计算结果来修正步骤S2中电阻率的初值，并进行反复迭代，重复步骤S2-S4，直至相邻两次的电阻率计算结果中测量点的差值小于预设的值，则计算结束，输出结果。在步骤S2中，通过建立表带触指的等效子模型且在考虑接触面面积、表面粗糙度、电极材料、触指压力的情况下来计算出插接结构中的接触电阻阻值的大小，并将接触电阻阻值等效致对应的等效子模型的体积电阻率上。在步骤S3中，对于圆柱形规则的导电杆，直接使用考虑集肤效应下的交流电阻计算公式对发热量进行计算；对于表带触指，用COMSOLMultiphysics进行电磁-热耦合计算，以求得表带触指的等效子模型下，工频电流流经带有表带触指的套管中心导电杆时发热量大小。在步骤S4中，采用三维电磁-热-流耦合方法，运用有限元软件计算套管的温度分布，计算过程中并考虑热传导、热辐射和热对流的影响。在步骤S1中，采用APDL导入套管模型，得到用以计算的有限元分析模型，并通过APDL语言建立网格划分程序，对计算域内的体网格与在热分布计算的需要耦合的面网格进行划分。采用COMSOLMultiphysics来建立表带触指的等效子模型。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：本专利技术综合考虑的套管内存在的不同传热方式、电流在导杆内的集肤效应以及中心导电杆连接部位处、表带触指与导杆之间的接触电阻，可以为带有具有不同连接结构的套管进行整体热场分布计算，有效降低了套管设计过程中对热设计的设计周期以及设计成本，具有广泛的实用性和经济性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的计算含插接结构的套管温度场分布方法的流程图；图2为500kV换流变干式套管结构示意图；图3为图2中A处的放大结构示意图；图4为表带触指子模型示意图；图5为电流与体积发热功率分布示意图；图6为基于三维电磁-热-流耦合计算方法流程示意图；具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的内容做进一步详细说明。实施例：参阅图1所示，本实施例提供的计算含插接结构的套管温度场分布方法具备包括如下步骤：S1、建立含有插接结构的套管有限元模型，划分体网格与面网格用三维建模软件建含插接结构的套管模型，如图2-3所示，该模型包括但不限于导杆、环氧芯体、SF6气体5、法兰结构和护套、变压器油1、护套2、端部金具3、内部屏蔽6、连接组件4等必要结构，用APDL(ANSYSParametricDesignLanguage)导入套管模型，得到可用以计算的有限元分析模型，并通过APDL语言建立网格划分程序，对计算域内的体网格与在热分布计算的需要耦合的面网格进行划分。S2、计算插接结构中的接触电阻，并反演出插接结构的体积电阻率采用COMSOLMultiphysics来建立表带触指的等效子模型，并在考虑接触面面积、表面粗糙度、电极材料、触指压力的情况下来计算出插接结构中的接触电阻阻值大小，并将其等效致对应的等效子模型(优选为截面为“弓”型的圆环模型,表带触指如图4中的8所示)的体积电阻率上，将复杂情况下接触面处具有集肤效应的电流产生的焦耳热等效为子模型的集肤效应电流产生的焦耳热，使得接触电阻发热量更符合实际情况，方便了后述步骤的简化与计算。表带触指的等效子模型如图4所示，包括载流导体7、表带触指8、SF6气体9以及导杆内部空气10。S3、计算导杆的整体发热功率和插接结构的局部发热功率在考虑肌肤效应的条件下，电流场有一定的肌肤深度，将会影响到设计计算中所等效的电阻阻值，从而影响电流流经导体的焦耳热大小。本步骤旨在计算工频下考虑集肤效应后的导体发热量。对于圆柱形规则的导电杆，直接使用考虑集肤效应下的交流电阻计算公式对发热量进行计算；对于表带触指，用COMSOLMultiphysics进行电磁-热耦合计算，以求得该模型下，仅在表带触指存在的小范围内计算工频电流流经表带触指的时发热量大小。两部分计算输出结果均为单位体积发热功率，将其作为热分布计算的热源分别对不同部位进行加载；缩小了有限元计算域，并改善了加载方式，有效节约计算时间。电流与体积发热功率分布如图5所示。S4、计算套管整体温度分布；采用三维电磁-热-流耦合方法，运用大型有限元软件计算套管的温度分布，计算过程中需要考虑热传导、热辐射和热对流的影响，并用计算结果对实际温度场下电阻率进行修正，并进行反复迭代(即重复步骤S2-S4)，使得电阻率的计算值逼近真实值，直到温度场测量点相邻两次迭代之间的误差小于0.01K时，则认为该温度场分布近似为实际情况下的套管温度场分布，停止计算输出结果。三维电磁-热-流耦合计算方法流程如图6所示。由此可知，本实施例提供的计算含插接结构的套管温度场分布方法综合考虑的套管内存在的不同传热方式、电流在导杆内的集肤效应以及中心导电杆连接部位处、表带触指与导杆之间的接触电阻，可以为带有具有不同连接结构的套管进行整体热场分布计算，有效降低了套管设计过程中对热设计的设计周期以及设计成本，具有广泛的实用性和经济性。上述实施例只是为了说明本专利技术的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡是根据本
技术实现思路
的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算含插接结构的套管温度场分布方法，其特征在于，所述方法包括：S1、建立含有插接结构的套管有限元模型，划分体网格与面网格；S2、计算插接结构中的接触电阻，并反演出插接结构的体积电阻率；S3、计算导杆的整体发热功率和插接结构的局部发热功率；S4、计算套管整体温度分布，根据计算结果来修正步骤S2中得电阻率初值，并进行反复迭代，重复步骤S2‑S4，直至相邻两次的电阻率计算结果中测量点的差值小于预设的值，则计算结束，输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种计算含插接结构的套管温度场分布方法，其特征在于，所述方法包括：S1、建立含有插接结构的套管有限元模型，划分体网格与面网格；S2、计算插接结构中的接触电阻，并反演出插接结构的体积电阻率；S3、计算导杆的整体发热功率和插接结构的局部发热功率；S4、计算套管整体温度分布，根据计算结果来修正步骤S2中得电阻率初值，并进行反复迭代，重复步骤S2-S4，直至相邻两次的电阻率计算结果中测量点的差值小于预设的值，则计算结束，输出结果。2.如权利要求1所述的计算含插接结构的套管温度场分布方法，其特征在于，在步骤S2中，通过建立表带触指的等效子模型且在考虑接触面面积、表面粗糙度、电极材料、触指压力的情况下来计算出插接结构中的接触电阻阻值的大小，并将接触电阻阻值等效致对应的等效子模型的体积电阻率上。3.如权利要求2所述的计算含插接结构的套管温度场分布方法，其特征在于，在步骤S3中，对于圆柱形规则...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋寅，刘鹏，邓军，田汇冬，韦晓星，周士贻，周海滨，梁晨，刘青松，潘志城，王奇，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：广东,44