基于ANSYS耦合場分析的母線槽溫度場仿真研究

摘要：利用ANSYS軟件對2500A電流規(guī)格的三相五線母線槽進(jìn)行了熱電耦合仿真分析，計(jì)算出母線槽的溫度場分布，為了驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，將仿真結(jié)果與溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，兩組數(shù)據(jù)相吻合性，誤差在2K的之內(nèi)。

關(guān)鍵詞：母線槽；熱電耦合；ANSYS；溫度場

Study on the temperature field analysis of busbar based on ANSYS coupling field analysis.

WANG Zhen-jun

（Tianshui Changcheng Switchgear Factory， Gansu Great-wall Electrical Apparatus&Engineer; Research instute Co.Ltd，Tianshui 741018 ，China）

Abstract：Using ANSYS analysis software， the thermoelectric coupling simulation analysis of three-phase five-bus duct with 2500A current specification was carried out， and the temperature field distribution of the bus duct was calculated. To vertify the accuracy of simulation results， they were compared with the experimental data of the temperature rise， the two groups of data have a good consistency ， and the error was within 2K.

Key words：bus duct thermoelectric ANSYS temperature field

0 引言

母線槽作為電力傳輸設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)變電站，高層建筑和工廠廠房，已代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜進(jìn)行配電[1]。隨著用電載荷的迅速增加，母線槽運(yùn)行時(shí)的散熱狀況也越來越受關(guān)注，因此研究其溫度場分布情況非常有意義的。國內(nèi)外對母線槽的溫度場分布計(jì)算研究有很多[2-4]。本文利用ANSYS有限元軟件對2500A密集型母線槽溫度場進(jìn)行了仿真研究。

1 有限元模型參數(shù)及網(wǎng)格劃分

1，1 模型參數(shù)

母線槽的模型參數(shù)見表1；材料參數(shù)見表2。

1，2 根據(jù)參數(shù)建立三維模型，參考文獻(xiàn)【5-6】對母線槽型進(jìn)行了簡化及假設(shè)。

1.3 接觸電阻

樣機(jī)實(shí)測值為60.2μΩ，計(jì)算值為50.5μΩ，值9.7μΩ；計(jì)算出電導(dǎo)率：7X106S/m2。

1.4 外殼對流系數(shù)

通過文獻(xiàn)【7】以及經(jīng)查表，計(jì)算出母線槽外殼對流換熱系數(shù)6.154W/m2℃；活接頭單元外側(cè)板表面積為簡化后的1.3倍，因此換熱系數(shù)應(yīng)取8W/m2℃。

2 結(jié)果分析及優(yōu)化

2.1 母線槽溫度場分布

在環(huán)溫為22℃工況下，2500A母線槽的進(jìn)行了仿真，溫度場分布見圖1、圖2。

2.2 結(jié)果對比

2500A母線槽仿真結(jié)果與溫升試驗(yàn)結(jié)果見表3。

由表3知，仿真數(shù)值與實(shí)測值相吻合，母線槽的設(shè)計(jì)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)要求，達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。

3 結(jié)語

通過ANSYS有限元軟件對2500A母線槽的熱-電耦合仿真，進(jìn)而與溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證了仿真分析的準(zhǔn)確性，此方法對母線槽設(shè)計(jì)具有一定參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]武安波，張國剛，等?；诖艌?流場-溫度場耦合計(jì)算的母線槽熱性能分析【J】.西安；高壓電器，2002.

[2]范鎮(zhèn)南，張德威，陳顯坡，等.用電磁場和流場模型計(jì)算GIS母線損耗發(fā)熱【J】.高電壓技術(shù)，2009，35（12）：3016-3021.

[3]武安波，王建華，耿英三。密集型母線槽磁場-溫度場-綜合有限元分析【J】.高壓電器，2003，39（4）：7-10.

[4]HO S L， LI Y，LIN X，et al.Calculations of eddy current，fluid，and thermal fields in an air insulated bus duct system【J】.IEEE Transactions on Magnetics，2007，43（4）：1433-1436.

[5]ZHAO Tie-bin，COMBER MG.Calculation of Electric Field and Potential Distributi-on Along Non-ceramic Insulators Consude-ring the Effects of Conductors and Transactions on Power Delivery，2000，15（1）；313-318.

[6]ZHANG Bo，HAN She-jiao，HE Jin-liang，et al.Numerical Analsis of Electric Field Distribution Around Composite Insulator and Head of Tranamission Tower[J]. IEEE Transactions on Power Delivery，2006，21（2）：959-965.

[7]丁斌，徐耀良，楊寧，等。大電流封閉母線磁-流-熱場耦合有限元分析【J】.高壓電器，2010，46（8）：31-34.

作者簡介：王振軍（1983- ）男，甘肅天水人，工程師，主要從事高壓斷路器設(shè)計(jì)研究.