有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，包括：计算电弧能量：通过电弧持续时间内的电弧两端电压和电弧电流的积分求取；计算产气气体体积：通过电弧能量与产生单位体积的气体所需能量比值计算产气气体体积；建立温度场和流体场耦合计算模型；计算油流速度。本发明专利技术还公开了一种有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算系统。本发明专利技术通过定量表征电弧产生的能量，可适用于不同电压等级的变压器；本发明专利技术通过仿真软件纳入温度场和流体场的双向耦合，为准确实现有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算、切实提高非电量保护动作可靠性提供一定理论依据。

【技术实现步骤摘要】
有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法
本专利技术涉及变压器状态监测
，尤其是一种有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法。
技术介绍
有载调压变压器装设有载开关，不仅能稳定负载中心电压，而且也是联络电网、调整负载潮流和改善无功分配的重要设备，其安全运行直接关系到系统的稳定性。有载开关作为变压器中唯一在高电压和大电流下快速运行的机械部件，在调压过程中使用频繁，易发生故障，这样将直接影响电力变压器的正常运行。近年来，随着国民经济和社会飞速发展，变压器单台容量不断增大，有载开关正常切换时，其电弧能量产生内部绝缘油涌动要比低电压、小容量变压器有载开关切换产生涌动大得多。因此亟需开展大容量变压器有载分接开关切换过程电弧对油流速影响研究，从而提高油流控制继电器的非电量保护动作可靠性。国内外学术与工程领域针对变压器内外部故障下油流场对瓦斯保护的影响已开展了的少量分析与研究。武汉大学的阮江军教授基于有限元法和有限体积法，提出了变压器三维电磁场—流场—温度场的计算方法，为分析变压器内部流场对瓦斯保护的影响提供了方法支撑。J.T.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：/n通过电弧持续时间内的电弧两端电压和电弧电流的积分求取电弧能量；/n通过电弧能量与产生单位体积的气体所需能量比值计算产气气体体积速率，计算初始油流速度；/n根据有载分接开关结构尺寸建立有限元分析模型，在有限元分析模型的基础上建立温度场和流体场耦合计算模型，以所述初始油流速度作为有限元模型的输入量；/n基于温度场和流体场耦合计算模型分别进行温度场和流体场的双向耦合计算，确定有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
通过电弧持续时间内的电弧两端电压和电弧电流的积分求取电弧能量；
通过电弧能量与产生单位体积的气体所需能量比值计算产气气体体积速率，计算初始油流速度；
根据有载分接开关结构尺寸建立有限元分析模型，在有限元分析模型的基础上建立温度场和流体场耦合计算模型，以所述初始油流速度作为有限元模型的输入量；
基于温度场和流体场耦合计算模型分别进行温度场和流体场的双向耦合计算，确定有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响。


2.根据权利要求1所述的有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，其特征在于：所述电弧能量按照下述公式计算：



式中，Warc指电弧能量，Δt指电弧持续时间，uarc指电弧两端电压，iarc指电弧电流，其中，电弧两端电压uarc的计算公式如下：
uarc＝Elarc+U0
其中，E指弧柱电场强度，对于变压器油中电弧电流小于10000A的自由燃弧，取E＝200V/cm；larc为分接开关触头过渡过程中断开距离；U0为电弧近似电极压降，取U0＝50V；
电弧电流iarc的表达式为：
iarc＝Imsinωt
其中，Im为电弧电流幅值，ω为供电电源的角频率。


3.根据权利要求1所述的有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，其特征在于：所述产气气体体积速率的计算公式如下：
V＝Warc/33.5
式中，Warc指电弧能量，V指产气体积速率，单位为L/s；
这部分气体以圆形气泡的形式产设向外扩散，产生的切面相对初始流速的计算公式为：



其中，v为气体切面相对初始流速，△t为电弧持续时间，r为油流控制继电器管道。


4.根据权利要求1所述的有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，其特征在于：所述有限元分析模型首先根据有载分接开关尺寸绘制结构模型，在结构模型计算上引入温度场和流体场计算模块，进行网格剖分，后建立温度场和流体场耦合计算模型；
所述温度场和流体场耦合计算模型中引起油流速的输入量为开关切换和电弧引起的扰动，模型中内部变压器油采用层流模型；在有载分接开关动作位置添加油流入口，用半球模拟开关切换和电弧气体引起的扰动，油流速度方向沿半球法向，在油室上部油流继电器位置添加油流出口，方向沿圆柱管道轴向。


5.根据权利要求1所述的有载分接开关切换过程中电弧对油流速影响的计算方法，其特征在于：所述计算油流速度为计算出口处管道内产生的最大油流速度，根据温度场和流体场耦合计算模型计算压力场后提取出口处的油流速度获得，其中流体场计算方程如下：
质量守恒方程：



动量守恒方程：



能量守恒方程：



温度场计算方程为：



式中，ρ、Cp、k分别为相应气体或固体材料的密度、比热容和导热系数；u速度矢量；p气体压强；μ气体动力粘度；g为重力加速度，指向y轴负方向；Δρ为气体热膨胀引起的密度差；I为单位矩阵；T为温度；Q为流体场的体积热量，Qh为电磁场计算所得导体和外壳中损耗的体积热源，在计算过程中热量交换Q＝Qh。
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴兴旺，丁国成，吴杰，谢佳，尹睿涵，杨海涛，张晨晨，胡啸宇，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34