SDA524型252kV GIS设备多物理场耦合分析与结构改进

作     者：华锋锋 

作者单位：齐鲁工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：魏高峰

授予年度：2023年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：GIS设备 多物理场 有限元 结构改进 耦合分析 低温 

摘      要：气体绝缘金属封闭开关(Gas Insulated metal-enclosed Switchgear),简称GIS。目前为止,作为一种电力设备行业较为先进的高压开关电气设备,其主要特点包括全局结构紧凑、复杂环境适应性强、稳定运行安全性高及易于日常维护。在国内以及国外众多发电站和变电站中,已广泛应用GIS设备作为输变电装备的重要一环。然而GIS设备普遍面临所处工作环境恶劣、整体或局部受力情况复杂的境况。随着投入使用数量逐步增多,和使用年限的逐渐增长,在运行过程中经常暴露出以气体泄漏最为常见且危害性较大的一系列问题。这类问题在冬季极端低温环境及昼夜温差变化大的气候条件下尤为常见。GIS设备一旦出现问题,不仅严重影响设备的稳定运行,人体和生态环境的健康也会面临极大的威胁和危害。研究表明,常规检测工具和方法虽然有其简便易行的优点,却难以对GIS设备进行全方位的监测,无法对不良事故做到提前预警和预防。通过有限元分析手段,去全面了解SDA524型GIS设备在多物理场作用下的静力学特性,有助于提前预防问题发生、达到结构改进和细化维护检修方案的目的。本文使用ANSYS仿真软件,通过有限元分析方法对SDA524型GIS设备的全局结构进行仿真分析,在此基础上对设备的结构形式进行了改进。本文主要研究和工作内容如下:对GIS设备全局结构进行未带电工况下的静力学分析,获得设备整体的变形和应力情况,发现分段间隔的存在对主母线的变形和应力情况具有不可忽视的影响。采用多物理场耦合仿真的方法对GIS主母线进行分析,考虑热传导、热辐射和热对流等的热传递方式对GIS主母线内外部温度分布的影响,获得主母线外壳的平均温度,并将其作为载荷施加给后续的多工况下的全局结构静力学分析。对GIS设备全局结构进行带电高温工况及未带电极端低温工况下的静力学分析,掌握设备的变形和应力分布规律,研究分段间隔对GIS设备主母线及其他间隔的影响。基于静力学分析结果,引入直管压力平衡型伸缩节,对GIS的结构形式进行改进。通过不同改进方案的对比,得到压力平衡型伸缩节对GIS全局结构的影响,消除分段间隔引起的GIS设备变形和受力异常情况。