高压开关柜触头温度在线监测系统研究

摘要

高压开关柜故障中很大一部分是由于触头、母线等过热导致绝缘损坏造成的，因此，高压开关柜内过热点温度的实时在线监测，是电力系统安全、可靠运行亟待解决的问题。 由于高压开关柜内部环境复杂，普通的温度监测技术难以满足电力系统的应用要求。光纤温度传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、小型化、重量轻等特点，它的出现为高压电气设备温度监测研究提供了新的思路。本文以KYN28—12（Z）型开关柜为研究对象，对高压开关柜内部温度和电磁环境进行了分析，论证光纤传感和通信技术用于触头温度在线监测系统的可行性。 应用传热学相关理论，建立了触头的传热模型，计算了接触电阻、表面散热系数等参数。采用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics，在额定电流和短路电流两种情况下，仿真计算了触头的温度场分布，得出触指为触头温度监测的最佳位置。分析了光纤温度传感器应用的几个关键问题，包括传感器安装、量程范围是否适用、对触头闭合冲击带来的应变的选择性，证明光纤温度传感器满足触头温度检测的要求。 应用电磁学相关理论，建立了高压开关柜电缆室内的电磁模型，给出了电缆室内电磁场满足的边界条件。应用COMSOL Multiphysics软件，进行了12kV（50Hz）交流电压条件下高压开关柜电磁场分布的数值仿真计算，得到了高压开关柜内电场强度、磁场强度的分布。利用Matlab软件，将电磁强度数据以高斯噪声形式叠加到传感器信号传输线上，并对电缆和光纤两种传输媒质的传输误差进行了对比分析，证明高压开关柜电缆室内电磁场对光纤纤芯内的光信号没有影响，光纤可作为高压开关柜的触头温度在线监测系统的传输媒质。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1 研究意义

1.2 高压开关柜简介

1.3 触头温度在线监测技术研究现状

1.4 论文的主要工作

1.5 论文组织

2 理论基础与工具

2.1 传热学的基本概念

2.1.1热传递

2.1.2傅里叶导热定律

2.1.3牛顿冷却公式

2.1.4斯蒂芬-玻尔茨曼定律

2.2 电磁场基本理论

2.2.1电磁场基本概念和基本方程

2.2.2位函数的微分方程

2.2.3电磁场中常见边界条件

2.3 求解方法概述

2.3.1数值传热学

2.3.2计算电磁学

2.4 计算软件介绍

2.4.1 COMSOL Multiphsics软件

2.4.2 Matlab介绍

3 触头温度场的理论分析和数值仿真

3.1 触头温度场基本理论分析

3.1.1热源的计算

3.1.2热传导理论分析

3.1.3表面散热理论分析

3.2 触头温度场的数值仿真分析

3.2.1几何模型建立

3.2.2求解域设定

3.2.3边界条件设定

3.2.4网格划分及求解

3.2.5迭代过程

3.2.6额定电流情况下触头温度场分布

3.3 短路电流情况下触头温度场的分布

3.3.1额定短路开断电流对触头温度的影响

3.3.2额定短时耐受电流对触头温度的影响

3.4 光纤技术在触头温度检测方面的可行性

3.5 小结

4 电缆室内电磁场的理论分析和数值仿真

4.1 电缆室内电磁模型分析

4.2 电磁场的数值仿真分析

4.2.1电磁场建模步骤

4.2.2仿真结果

4.3 小结

5 传输可靠性分析

5.1 传输系统的度量

5.2 模拟噪声

5.2.1电磁强度数据的导出

5.2.2分布检验

5.2.3模拟噪声

5.3 传输误差对比分析

5.3.1电缆

5.3.2光纤

5.4 小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果