[发明专利]一种廊管内GIL运行温度评估方法

摘要

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。

主权项

1.一种廊管内GIL运行温度评估方法，其特征在于，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。步骤S4：计算外壳与空气的热对流和热辐射量，判断GIL导体整体的产热量与散热量误差是否小于程序设定误差，误差不超过5％，GIL导体整体的产热量由导体的产热量和外壳的产热量组成；GIL导体的散热通过与外界空气直接接触的外壳进行，故GIL导体整体的散热量由外壳与外界空气间的的对流传热量和辐射传热量组成；计算涉及的外壳和外界空气的热物性参数均为温度的函数，通过判断GIL导体整体的产热量和散热量误差是否小于设定误差来判断GIL导体整体的产热和散热是否达到平衡，即GIL导体运行是否已经达到稳态。步骤S5：若步骤S4误差小于设定误差，则进行下一步骤，否则外壳初始温度增大0.1℃返回步骤S3；步骤S6：计算导体与外壳间的热对流和热辐射量，判断导体的产热量与散热量误差是否小于设定误差；导体的功率损耗的直接表示形式即为导体的产热量，导体的散热主要通过绝缘气体进行，故导体的散热量由导体与外壳间的自然对流传热量和辐射传热量组成，导体和外壳间的热对流和热辐射量的计算，主要涉及导体和外壳的运行温度，以及绝缘气体的动力粘度、导热系数、定压比热容、容积膨胀系数等热物性参数，其中所有的热物性参数均是温度的函数。通过判断导体的产热量与散热量误差是否小于设定误差来判断导体产热和散热是否达到平衡，即导体运行是否已经达到稳态。步骤S7：若步骤S6误差小于设定误差，则计算结束输出结果，否则导体温度增大0.1℃返回步骤S2；当导体的产热量与散热量误差小于设定误差时，说明导体的运行达到稳态，可以得到稳定运行时导体的运行温度；若导体的产热量与散热量误差大于设定误差，即导体运行未达到稳态，此时需要增加导体温度再进行迭代计算，直至误差满足条件即可跳出循环，输出GIL运行稳定时接近实际的导体和外壳的温度。