[发明专利]一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法

说明书

一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法，根据廊管GIL布置的结构特性，在workbench中建立GIL整体环境下的电气热多物理场耦合计算模型，根据相应运行工况，计算获得GIL三维温度场，再利用有限元方法在workbench中获得相应的GIL胀缩形变数据。该计算方法可为廊管GIL元件选择及筛查提供基础参考，并基于运行基本参量，计算出GIL运行过程中的温度及胀缩形变的理论数据，为系统运行状态评估提供技术支撑；本发明能较准确的计算气体绝缘输电线路的温度场，并且可以通过改变施加的载荷及边界条件等可以对多种不同运行条件下的气体绝缘输电线路温度场进行仿真计算，同时可以计算GIL管道的热变形，对气体绝缘输电线路的结构设计及运行条件的选择有参考意义。

技术领域

本发明涉及特高压气体绝缘输电技术领域，特别涉及一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法。

背景技术

气体绝缘输电线路(GIL)具有电压等级高、输送容量大、电能损耗低、电磁干扰小等优点，且在传统架空线路受约束的区域，如需跨越海峡、大江大海等条件下具有巨大优势，因此GIL将得到广泛应用。

在运行过程中，由于焦耳热损耗，输电线路一直处于发热状态，导致线路温度升高。温升不仅降低了线路的最大载流能力，而且温度超过一定限度时将影响内部非导电材料的绝缘性能，降低线路使用寿命，甚至发生严重的放电事故；同时温度的变化会使输电管道发生热变形，由热变形产生的应力及疲劳损伤对管路寿命及运行情况有很大影响。因此在设计阶段对线路的运行温度进行合理的预测，并计算管路热应力及热变形对输电线路的结构设计及运行条件的控制有着重要意义。

目前，GIL温度计算方法主要有两种：解析法和有限元法。解析法通过建立焦耳热损耗与对流换热、辐射换热的热平衡关系迭代求解导体与外壳的温度，该方法计算速度快，可以根据运行条件很快的计算出输电线路导体及外壳的温度，但不能反映GIL整体温度的分布。有限元法主要有两种：一种是吴晓文等人建立的包含外部空气域在内的二维多物理场耦合有限元模型，避免了在固体表面施加对流换热边界条件；一种是王健等人建立的不包含外部空气域的三维多物理场耦合模型，该模型可以同时得到输电线路径向与轴向的温度分布，但是需要在固体表面施加对流及辐射换热边界条件。而且以上两种有限元方法都无法考虑在有风速的情况下的GIL管道温度分布。

在计算出管路温度场的情况下对管路的热变形进行计算，可以对管路的设计，如伸缩节伸缩量的选择，连接、固定装置的设计等有一定的指导意义及参考价值。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法的不足，提供一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法，建立了三维仿真模型，通过设置空气域出入口边界条件，来计算在考虑廊管内由风机通风的情况下GIL管道的温度分布，通过设置气体域的辐射项，并对气体边界设置合理的辐射系数，辐射换热自动迭代求解；简化了边界条件的设置过程，仿真结果与实验结果的误差在5％以内，并且在计算出管路温度场的温度后，可以计算管路热变形，对管路的设计有参考价值。

为了达到上述目的，本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法，包括以下步骤：

A：根据结构特性，对模型进行简化，使用SolidWorks软件建立包含绝缘气体及环境空气的计算模型；

B：把物理模型的几何文件导入网格划分软件ANSYS ICEM CFD中，进行流体和固体模块的网格划分；

C：在workbench中建立CFX模块，将网格导入CFX中，建立流体、固体域，并对各个计算域进行设置；

D：在固体计算域上施加考虑集肤效应的焦耳热载荷；

E：对流、固计算域进行耦合，并施加边界条件，然后在CFX模块中进行温度场计算；