【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电容器的热力学分析，具体是一种高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法。
技术介绍
1、目前，高压全膜电力电容器广泛应用于大型电网输电变电领域，是电力系统中进行无功功率补偿和谐波过滤的关键设备，在提高功率因数、降低输电线路损耗和改善电能质量等方面起着重要作用。高压电容器研制的核心问题之一是其发热情况。当温度超过一定限度时，薄膜电容器极易产生膨胀、击穿和爆炸等危险。因此对薄膜电容器的进行热分析，利用仿真模型进一步分析了驱动器外部的装配条件、散热条件对薄膜电容器内部温度分布的影响，进而可以指导电容器产品的寿命预测工作和提升产品工作可靠性。
2、当前就高压全膜电容器运行期间温度分布的研究多数停留在局部温升计算以及计算机仿真阶段，没有对于交流电容器组进行实际建模研究。而现实中由于电容器工作于不同环境，使得电容器组的设置方式以及外部辐射均有不同。由于并联电容器工作于三相电下，往往是三台并联电容器为一组同时运行，此时电容器之间的相互辐射带来的温升是不可忽略的。在对电容器内部相关热属性参数进行等效拟合的前提下，进而按照实际放置方式和工作条件，便可进行三台电力电容单元并列建模，精确得出电容器组的热分布情况和分析电容器组的发热状况。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法
4、在上述技术方案的基础上，本专利技术还提供以下可选技术方案：
5、在一种可选方案中：在步骤100中，建立所述电容器三维物理模型，具体包括：1)电容器物理模型构建，电容器物理模型包括箱体、套管、液体介质、电容芯子和电缆纸，电容器芯子以单个电容元件通过串并联的方式组成而成，电容元件数量为33个，由3个串段和各串段并联11个元件组成，电容器芯子外部包裹绝缘电缆纸，内部芯子延伸到箱体中间且浸渍液体介质；2)有限元模拟研究的基本假设，将整个电容器作为一个整体来全局考虑，在电容器的发热散热过程中，各部分的材料系数保持不变，各部分不发生影响整体结构的热形变，各部分均在正常工作状态下参与工作，忽略电容器内部的热对流和热辐射现象；3)基于有限元分析的网格划分，采用自动化的网格划分方法，根据实际模型结构特点进行网格划分，其中，电容器芯子处进行局部化网格划分。
6、在一种可选方案中：单个电容器元件由一层铝箔和三层薄膜卷绕叠装的方式组成多层结构，且内部浸渍苄基甲苯浸渍剂。
7、在一种可选方案中：在步骤200中，在对电容器进行模型参数和边界条件设定时，将电容器元件总体用一匀质材料长方体结构等效，卷绕部分近似为半圆柱体，对电容器芯子的密度、比热容和导热系数进行等效拟合，并对电容器各部分介质进行热学属性定义。
8、在一种可选方案中：电容器芯子的拟合结果定义参数如下：所述电容器芯子的的等效密度基于公式求得，式中：ρal为铝箔密度，ρp为聚丙烯薄膜的密度，hal为一层铝箔厚度，hp为三层聚丙烯薄膜叠加厚度；电容器芯子的的等效比热容基于公式求得，式中：cal为铝箔的比热容，cp为聚丙烯薄膜的比热容；所述电容器芯子的导热系数分为x、y平面方向的热传导的导热系数和z平面方向的热传导的导热系数，其中，x、y平面方向的热传导的导热系数可利用公式求得，式中：dal为铝箔的层厚，dp为聚乙烯薄膜的层厚，λal为铝箔的导热系数，λp为聚乙烯薄膜的导热系数；z平面方向的热传导的导热系数可利用公式求得。
9、在一种可选方案中：在步骤300中，在对单台电容模型进行热仿真计算时，分析电容器内部及之间的热量传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射；在对多台电容模型进行热仿真计算时，基于电容器制成材质、外表涂漆以及标准实验环境条件，考虑相互辐射带来的热影响。
10、相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
11、1、专利技术的建模方法准确详细构建了高压全膜电力电容器的物理结构，对于填充的内部介质，考虑了内部芯子到不锈钢外壳和内部芯子到电缆纸填充的苄基甲苯油，使整个热力学模型更加接近实际，并通过仿真结果与实验结果比对证明了热学建模设计方法的准确性；
12、2、本专利技术利用元件导热系数的拟合和对温度场理论的分析，简化了热学数值计算的过程，能够有效地缩短热实验周期，减少研发成本。
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1.一种高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤100，利用ANSYS SpaceClaim进行电力电容器的三维物理建模，获得电容器三维物理模型，对所述电容器三维物理模型进行网格划分；步骤200，基于所述电容器三维物理模型，设置电容模型参数，设置边界条件，建立热力学模型；步骤300，利用ANSYS Workbench瞬态热模块对单台以及考虑热辐射的多台电容模型进行有限元仿真，进行热仿真计算，获取其外壳和内部芯子的三维温度分布云图；步骤400，通过仿真结果与实物实验研究的对照，验证该电力电容器的热力学建模方法的准确性。
2.根据权利要求1所述的高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，在步骤100中，建立所述电容器三维物理模型，具体包括：1)电容器物理模型构建，电容器物理模型包括箱体、套管、液体介质、电容芯子和电缆纸，电容器芯子以单个电容元件通过串并联的方式组成而成，电容元件数量为33个，由3个串段和各串段并联11个元件组成，电容器芯子外部包裹绝缘电缆纸，内部芯子延伸到箱体中间且浸渍液体介质；2)有限元模拟研究的基本假设，将整
3.根据权利要求2所述的高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，单个电容器元件由一层铝箔和三层薄膜卷绕叠装的方式组成多层结构，且内部浸渍苄基甲苯浸渍剂。
4.根据权利要求3所述的高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，在步骤200中，在对电容器进行模型参数和边界条件设定时，将电容器元件总体用一匀质材料长方体结构等效，卷绕部分近似为半圆柱体，对电容器芯子的密度、比热容和导热系数进行等效拟合，并对电容器各部分介质进行热学属性定义。
5.根据权利要求4所述的高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，电容器芯子的拟合结果定义参数如下：
6.根据权利要求1所述的高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，在步骤300中，在对单台电容模型进行热仿真计算时，分析电容器内部及之间的热量传递的三种基本方式：热传导、热对流和热辐射；在对多台电容模型进行热仿真计算时，基于电容器制成材质、外表涂漆以及标准实验环境条件，考虑相互辐射带来的热影响。
...【技术特征摘要】
1.一种高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤100，利用ansys spaceclaim进行电力电容器的三维物理建模，获得电容器三维物理模型，对所述电容器三维物理模型进行网格划分；步骤200，基于所述电容器三维物理模型，设置电容模型参数，设置边界条件，建立热力学模型；步骤300，利用ansys workbench瞬态热模块对单台以及考虑热辐射的多台电容模型进行有限元仿真，进行热仿真计算，获取其外壳和内部芯子的三维温度分布云图；步骤400，通过仿真结果与实物实验研究的对照，验证该电力电容器的热力学建模方法的准确性。
2.根据权利要求1所述的高压全膜电力电容器热学数值模拟的建模方法，其特征在于，在步骤100中，建立所述电容器三维物理模型，具体包括：1)电容器物理模型构建，电容器物理模型包括箱体、套管、液体介质、电容芯子和电缆纸，电容器芯子以单个电容元件通过串并联的方式组成而成，电容元件数量为33个，由3个串段和各串段并联11个元件组成，电容器芯子外部包裹绝缘电缆纸，内部芯子延伸到箱体中间且浸渍液体介质；2)有限元模拟研究的基本假设，将整个电容器作为一个整体来全局考虑，在电容器的发热散热过程中，各部分的材料系数保持不变，各部分不发生影响整体结构的热形变，各部分均在...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷乔舒，朱一昕，左强林，吴昊，赵彦军，
申请(专利权)人：无锡赛晶电力电容器有限公司，
类型：发明
国别省市：
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