[发明专利]一种廊管内GIL运行温度评估方法

说明书

一种廊管内GIL运行温度评估方法，建立GIL物理模型，计算外壳初始功率损耗，计算外壳与空气的热对流和热辐射量，计算导体与外壳间的热对流和热辐射量，本发明通过在Windows操作系统的MATLAB环境中设计的廊管内特高压GIL热特性MATLAB计算程序，利用初始工况下的GIL相关特性参数来对其稳定运行时的温度进行评估计算；本发明可评估计算不同的初始工况条件下廊管内特高压GIL的稳态运行温度；本发明评估计算速度快，精度高，可嵌入到GIL温度监测系统中，对提高GIL热可靠性具有重要意义。

技术领域

本发明涉及特高压电气输电、气体绝缘输电线路(GIL)热特性、长距离特高压GIL设备热可靠性等领域，特别是涉及一种廊管内GIL运行温度评估方法。

背景技术

气体绝缘输电线路(GIL)是一种采用气体作为绝缘介质的长距离输电装置，与传统电缆输电相比，具有容量大，损耗低，使用寿命长等优点。常见的GIL故障如放电、绝缘子击穿等发生时都伴随有导体或外壳温度异常等现象。不仅如此，GIL母线温度过高还会发生母线拱顶，甚至盆式绝缘子破裂，盆子防水胶开裂等故障。GIL热特性的研究对提高GIL的热可靠性和保障GIL安全稳定运行具有重要意义。现阶段多采用有限元计算方法对GIL热特性进行研究，但是有限元仿真方法计算量大，一般不能作为子程序嵌入到GIL温度监测系统中。

因此，如何创新的提出一种快速有效的廊管内GIL运行温度评估方法以满足实际应用的需求是重中之重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决现有有限元数值模拟计算方法不能快速得到廊管内GIL运行温度，并且不能作为子程序嵌入到GIL温度实时监测系统中的问题，从而提出一种廊管内GIL运行温度评估方法,采用解析方法对GIL的热特性进行求解，不仅能够快速的对GIL热特性问题进行求解，还可作为子程序嵌入到GIL温度监测系统中。对GIL运行温度的快速掌握更有助于提高GIL的热可靠性和更好保障GIL安全稳定运行，该方法还能作为子程序嵌入到GIL温度实时监测系统中。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种廊管内GIL运行温度评估方法，包括以下步骤：

步骤S1：建立GIL物理模型，模型涉及电阻焦耳发热效应、外界空气的自然对流层流流动或强迫湍流对流、内部绝缘气体(如SF₆气体)自然对流的层流流动、辐射传热等电、热、流、固多物理场，是一个多物理场耦合模型。因此本模型评估廊管内GIL运行温度参数指标包括导体与外壳的焦耳热损、导体与外壳间的对流传热量和热辐射量、外壳与空气间的对流传热量和热辐射量。

步骤S2：计算导体初始功率损耗，根据上述的物理模型，涉及计算的流体和固体材质属性均考虑随局部温度的变化，即外界空气、内部绝缘气体、导体和外壳材质热物性参数均为温度的函数公式，所述的外壳材质热物性参数包括粘性系数，传导系数，定常比压，比热容、热膨胀系数，由此使得计算时热物性参量的数值更贴近运行实际情况；在实际求解中根据导体的热物性参数和集肤效应系数，确定导体的初始温度，假定初始温度与环境温度相等，根据给定的初始工况参数计算GIL管道启动运行工况下迭代求解出相应公况下导体的生热量；

步骤S3：计算外壳初始功率损耗，计算外壳电阻焦耳发热量时考虑外壳电阻的集肤效应，即外壳截面上，中心电流密度小，靠近表面的电流密度大，根据步骤S1的物理模型，在确定了外壳的热物性参数和集肤效应系数后，确定导体的初始温度，根据给定的初始工况参数计算GIL管道启动工况下迭代求解出相应公况下导体的生热量。