GIS母线导电杆通流能力分析

(2004No．3) 墨通般求 I GIs母线导电杆通流能力分析 李敬勇。夏英毅，刘宁 (河南平高东芝高压开关有限公司，河南平项山467013) 摘要：根据发热和散热平衡来计算母线导电杆的长期通流能力，分析和计算短时发热母线导电杆的 短时温升实例，提出了 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 GIs母线导电杆通流能力的一种计算方法。 关键词：GIs；发热； 计算； 通流能力 Analysisoncurrentcapacity。ofaGISbusbarconductingrod (HenanPingdingshanHV7roshibaHighVoltageSwichgearCo．，L忠d．，Pingdingshan，467013China) I。IJin—yong，XIAYing—yi，LIUNing Abstract：Asperbalanceprincipalofheatgenerationanddispersion，continu。uscurrentcarryingcapacityof busbarconductingrodiscalculated．Fromexampleofcalculationandanalysisofshorttimetemperaturerise onashorttimethermalbusbarconductiverod，thearticlecarriesforwardacalculationmethodofcurrent carryingcapacityofGISbusbarconductiverodindesign． KeyWords：GIS；Thermalgeneration；Calculation；Currentcarrycapacity 中图分类号：TM595 文献标识码：B 文章编号：1672—1314(2004)03一0015—03 GIS母线在回路中和为l上电气元件，其通 流能力的设计应考虑它作为1个导体的发热及其 短时电流下所能承受的电动力。电流通过母线导 体时引起的发热与电流本身的大小及其持续通过 的时间长短有关。根据母线导体通过的电流的大 小及时问的不同，发热可分为2种情况。第1种 是正常情况下因工作电流而发生的连续发热，即 长期发热，特点是热平衡，即发热过程中母线导体 产生的热量与散失到周围介质中热量相等，导体 的温度保持不变。第2种发热是短时大电流引起 的发热，在母线设备中是指短路电流引起的发热， 即短时发热。在短路过程中，由于短路电流很大， 产生的热量很大，同时短路过程很短，热量来不及 散失到周围介质中去，这一过程基本上可视为绝 热过程。以东芝G1B型252kVGIs为例，根据发 热和散热平衡来计算母线导电杆的通流能力，根 据短时发热计算短时温升，GIs型252kVGIs是 三相分箱式结构，母线部分sF6气体压力为 0．4MPa(表压)。 一、长期发热计算导电杆的电流量 母线导电杆在长期通过额定电流状况下，由 于电流的作用其内部产生的热量一部分使导体本 身温度升高，另一部分散失到周围介质中去，它们 之间呈动态分配，直到导体发热过渡到稳态时，导 体发热温度达到稳态平衡。这一变化过程可以用 热平衡方程来描述： 户Rdf=优耐口+口F(护一％)沈(1) 式中卜通过导体电杆的电流，A；R一导体的电 阻，Q；m一导体的质量，妇；c一导体材料的比热 容，J／(k∥C)；口一导体的综合散热系数，酬(m。 c)；F_导体的散热面积，m2；靠一周围环境温 度，。C。 方程(1)中左边项表示导电杆在长期发热过 程中获得的能量。右边第1项代表导电杆自身温 度消耗的热量，另一部分描述的则是导体在此过 程中散失到周围介质中的热量。 方程(1)为1个常系数非齐次微分方程，采用 高等数学的方法求解，得到方程的解为： 一15— 万方数据 ∥夺’孛’夺‘÷。夺。夺‘夺。々’夺’÷‘争。÷。强 毒 i 弋碾奔与分航j 毒 ? Ⅺ．夺．夺．夺．夺．夺．争．夺．牵．夺．々．÷．十∥ 善通缎求 (2004N。·3) f：娶(卜P一襞)+r，一尝(2) 式中r～导体相对于周围介质的温升，f=口一％； r；为泞O时，对周围介质的温升，即起始温升rf =以一岛；令丁=筹，则式(2)变为： f=警+h一警"㈥ 式中卜导电杆发热时问常数’S’表明导电杆发 热过程进行的快慢，是导体的全部热容量与散发 到周围介质中去的热量之比；等一时间z趋于 无穷大时导电杆的温升，可以令 玷T=警 (4) 若稳态温升以导体的长时最高允许发热温度 与周围环境的温度差代入，则对应求出的电流， 即为长期允许通过的电流，对式(4)可以进行变 形。得到导电杆的载流量为： LL= (5) 式中屯一导体长期发热允许电流，A；缸一导体 长期发热允许温度，℃。 从式(5)可知，提高导体的截流量可以从以下几个 人手： 1)减少导体的电阻； 2)降低周围环境温度； 3)增大散热面积； 4)增大综合散热系数。导体的综合散热系数 与导体的布置方式、冷却方式、导体的表面处理方 式及导体的形状有关。 GIS的母线导体一般选用铜基材料或铝基材 料，现选用外径声90，内径声60的铝管，来计算导 电杆的载流量。 由国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 GBll022知：当周围环境为极限 温度％=40。C时，铝管在SF6中允许的最高温升 为75℃。此时导体正常运行温度为以L=115。C。 考虑到导电杆在长期发热计算中，导电杆各部分 通过热传导传递的热量较少，可以在计算中忽略 不计，现计算因对流交换热量Qc，因辐射交换热 量Q，。则式(5)可以变换为： 一16，一 厶L= (6) (1)计算交流电阻R。。 20℃时铝的电阻率为见o=0．029×10“n· m。铝的电阻温度系数取[1]口=3．8×10一3·1／K 当温度为115。C时，1m铝导导杆的直流电阻R出 为： R出2ID夤2去×ID20[1+口(以L一如o)](7) 2丽万焉丽灿内2畎10咱 [1+O．0038x(115—20)] =11×10—6Q =11肛Q 查KD资料可知：外径j590，内径声60的铝导 电杆K。(集肤系数)=2．9所以R。。=2．9×11= 31．9肛Q (2)计算对流换热量Qc舻A×蠕籍w／m2 (8)[2】 式中A一对流换热面积，m2；P—sF6气体的绝对 压力'kg／cm2；卜导体与周围sF6气体温度之 差，。C；H一导体的直径，m。 A=L万d=1×3．14×O．09=0．2826m2。 P=5kg／cm2，护=75．c，日=0．09m，代人公式(8) 得：Qc_o．2826×锰黼叫6．sW／m2 (3)计算辐射换热量Q， Q，=5．77＆[(Tl／100)4一(孔／100)4] (9)【2] 式中A一热辐射面积，m2；n一导体的绝对温度： K；死一周围介质绝对温度，K；P一导体的热放射 率，或称之为表面黑度。 A=0．2826(m2)；查资料[2】可知铝管的热放 射率已为0．3；丁l=273+75=348K；疋=273+ 40=313K。 Q，=5．77×0．3×0．2826×[(348／100)4一 (313／100)4]=25W／m2 万方数据 (2004No．3) 善通敷求 将Qc、Q，、R。分别代入式(6) 得LL=、／』廷{}』蔓=√量端=34··A 从以上计算可知，252kVGIs用母线额定电 流为3150A时，若不考虑其它影响，其导电杆选 用外径≯90，内径声60的铝管能够满足要求。试 验表明：在G1B型252kVGIS母线上，选用外径 ≯90，内径声60的铝管作为导电杆，可以通过额定 电流为3150A。 二、短时发热计算 GIS在通过一定额定短时耐受电流时，由子 母线导电杆通过短路电流的时间很短，只有几秒 钟，热量很少传入周围介质，导体温度急剧上升， 导电杆可能因过热而出现软化。这对于导体而言 是不允许的。因为导体要承受一定的电动力，导 体软化即会降低导体的结构强度，又会降低导体 的绝缘强度。此时为便于计算导体的温升，可以 认为导体为一绝热过程，假定电阻率为某一确定 值，损耗功率P与电流，均为常数，可以建立如 下导体的能量平衡方程： R=Gz． (10) 式中 c￡一导体的热容量，J／K；G=fG；f～导 体材料的比热，J／(kg·K)；G一导体的质量，kg，G =7lA，1一导体的长度；m；A一导体的截面积， T m?；严导体的密度'kg／m3；P=户ID等。n 『2． 代入方程式(9)解之得f=口差(11) cjY^j 式中 z，一导体的短时温升。 为了防止导电杆可能因过热而出现软化，可 以令r小于导电杆材料软化点。母线的导电杆 的材料一般为铜基材料或铝基材料，铜的软化温 度190。C，铝的软化温度159。C。同样，母线导体 选用外径声90，内径声60的铝导电杆，通过50kA (3s)额定短时耐受电流时的短时温升，可代人式 (11)进地计算： 查资料[3]可知：|D=0．0604×105Q·m；f= 0．88×10’J／kg·K；y=2．7×103kg／m3 一一 Q：Q昼Q垒丕!Q二!丕主QQQQ!兰三‘ O．88×103×2．7×103×7r2×(O．0452—0．032)2 =15．27 设导电杆在通过短路电流以前已经达到长时 工作的最大允许发热温度。由以上知长时工作的 最大发热温度％=115。C，所以汐=f+％=15．27 +115=130．27℃≤159。c，计算温度小于允许温 度，导电杆可以承受50kA(3s)热稳定电流，试验 证明：在GIB型252kVGIS母线上，选用外径 ≯90，内径≯60的铝导电杆，当通过3s，50kA额定 短路电流时，能够满足要求。 三、结 论一、，¨ ，U 在GIS母线导电杆通流能力统计中，既要进 行长期通流能力计算，同时还要进行短时温升计 算。一般情况下，额定电流较大时，导电杆长期通 流能力较为苛刻，额定电流较小时，短时温升较为 苛刻，但只有全部满足以上计算时，导电杆的设计 才是可靠的。口 参考文献 [1]张节容，钱家丽，黄谕珑．高压断路器原理和应用[M]． 1989年3月 [2]东芝公司资料KD [3]沈鸿．电气工程师手册【M]．机械工业出版社，1987 [4]张冠生．电器学[M]．机械工业出版社，1982 收稿日期：2004—06—09 欢迎来稿!欢迎刊登广告!欢迎批评与建议! 一17— 万方数据 GIS母线导电杆通流能力分析 作者： 李敬勇， 夏英毅， 刘宁 作者单位： 河南平高东芝高压开关有限公司,河南,平顶山,467013 刊名： 华通技术 英文刊名： HUATONG TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2004，(3) 引用次数： 0次 参考文献(4条) 1.张节容.钱家丽.黄谕珑 高压断路器原理和应用 1989 2.东芝公司资料KD 3.沈鸿 电气工程师手册 1987 4.张冠生 电器学 1982 相似文献(9条) 1.期刊 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 骆桂英.韩杰.LUO Gui-ying.HAN Jie GIS出线套管下部连接螺栓发热分析与处理 -浙江电力 2008,27(6) 介绍了GIS的接地方式,对运行中出线套管下部连接螺栓发热情况进行了分析,并提出了处理对策.在GIS套管下部用铜排将钢支架与外壳连在一起,形 成闭合回路以消除感应电流的影响. 2.期刊论文 杨进.董柏青.张杰.廖和壮.梁大斌.吴兴华.司国爱.杨宏徽.Jin Kyung Park.R Leon Ochiai.Camilo J Acosta.Moharmmad Ali.John D Clemens 地理信息系统技术在伤寒发热监测中应用 -中国公共卫生2007,23(9) 目的 运用地理信息系统(GIS)技术,了解各居民点发热流行率和评价以医疗机构为哨点的伤寒发热监测系统的敏感性.方法 收集医学人口普查数据、 疾病监测系统信息数据、现场采集居民居住点全球卫星定位数据等资料,建立GIS系统和以人口为基数的发热监测系统;对所有发热就诊病人进行身份和居 住地址确认,并制作各居民点年发热就诊率GIS分布图.结果 共采集3 776个居民居住的全球定位系统(GPS)定位点,人群发热就诊率为1.11‰,发热就诊人 次占总门诊人次的16.3%,监测区内的发热就诊病人占所有发热就诊病人的83.5%.在3种类型的医疗机构中,门诊量以个体门诊类最多,但其发热就诊人次占 总门诊人次的比率最低(12.6%).监测区内发热1d或以上的病人地址和身份(ADDRESS-ID)确认率达到95%.根据居民点年发热就诊率GIS分布图,发热就诊率 最高的居民点达到17.81‰,最低为0;发热就诊率高的居民点多集中在城市.结论 利用GIS技术可直观准确的了解疾病流行率的分布,可迅速直观的寻找出 监测系统中的薄弱环节和推断出可能存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 . 3.期刊论文 王文洪.何满棠.WANG Wen-hong.HE Man-tang 252kV GIS设备罐体发热缺陷的原因分析 -高压电器 2009,45(3) 针对我局<中国南方电网电力设备预防性试验规程>的要求,在年度GIS设备红外测温和热成像工作中发现一起252 kVGIS设备罐体发热的现象,结合实 际对离相式母线罐体发热的原因和危害进行了详细分析,找出了设备发热的主要原因,并结合系统运行情况提出了相应的预防措施.结果表明,红外热成像 在线监测技术在保证设备安全可靠运行中发挥了重要作用. 4.期刊论文 徐国政.关永刚.XU Guo-zheng.GUAN Yong-gang GIS和GIL外壳环流及损耗的简化分析和估算 -高电压 技术2009,35(2) 针对运行中的气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)和气体绝缘输电线路(GIL)外壳中会产生相当大的感应电流及一定功率损耗的现象,应用电磁式电流互 感器基本原理和误差方程式分析了GIS和GIL外壳环流的物理现象,并用互感器计算公式粗略估计了该环流值及外壳内的损耗,并分析了环流及功率损耗对 GIS和GIL以及接地线的影响.此方法物理概念清晰,便于解释各种相关现象,并可估算感应电流和损耗. 5.期刊论文 温文宝.孔乐华 沙角A电厂500 kV GIS出线套管法兰固定螺丝发热处理 -电站系统工程2008,24(6) 从1999年9月开始,沙角A电厂500 kV GIS出线套管法兰与GIS外壳法兰连接螺丝出现发热,一直进行跟踪监测,红外点温仪监测记录显示最高时温度达 501 ℃(500 kV甲线出线A相),明显高于其它相同部位的螺丝温度.期间也采取一些措施,比如,对法兰固定螺丝进行更换、紧固,螺丝温升得到一定程度的 控制,但经过一段时间运行后又会出现个别螺丝发热严重的现象;又在原法兰处增加接地汇流铜排、加装短接线等处理,但效果不明显,发热问题一度无法 解决,严重威胁设备的运行安全.只得一度采取"同一螺丝发热点的温度持续(2天及以上)高于200℃,或者法兰接合面处温度明显升高,应降低线路负荷"临 时应对措施. 6.期刊论文 曾武.ZENG Wu GIS在马钢的运行实践 -冶金动力2006(3) 从SF6气体压力、水分、运行中异常声音、发热情况、巡视要求等方面总结了六氟化硫SF6组合电器(GIS)在马钢的运行实践 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 . 7.期刊论文 陈章伟.周红宁.陈国伟.李华宪.杨丽香 运用地理信息系统分析2005年瑞丽市疟疾流行现状 -中国热带 医学2006,6(12) 目的 运用地理信息系统(GIS)制作瑞丽疟疾发病分布图,分析探讨瑞丽疟疾的流行态势.方法 收集2005年瑞丽疟疾发病基础资料,采用ArcView 3.3,SaTScan软件分析2005年的疟疾发病状况.结果 能制作获取瑞丽市2005年疟痰发病数空间分布图以及发热病人、居民疟原虫血栓结果和恶性疟情况分 布图.结论 地理信息系统能直观、准确的分析瑞丽市2005年疟疾发病情况、抗疟措施、媒介监测的时间空间情况. 8.期刊论文 张亚婷.高博.贾磊.施围.李文艺.ZHANG Ya-ting.GAO Bo.JIA Lei.SHI Wei.LI Wen-yi 800 kV分体结 构GIS母线外壳环流特性的研究 -电瓷避雷器2008(6) 母线外壳环流影响系统的输送容量,损耗发热,加速绝缘部分老化.构建了三相分体结构GIS母线外壳环流仿真计算模型.确定了模型的参数,分析了分 体式连续型GIS母线外壳中影响外壳环流大小的因素以及各种故障下的环流特性.试验结果表明,输送相同的容量时,可采用高电压、小电流的方式;考虑地 理环境和制造成本的同时,应尽量缩短相间距离,增加母线外壳的架设高度,增大母线半径,增加接地数,采用感抗较高的连接体;计算内部故障时,GIS外壳 应全线接地. 9.期刊论文 宋帆.申春红.林莘.徐建源.马曾锐.南方.SONG Fan.SHEN Chunhong.LIN Xin.XU Jian-yuan.MA Zeng- rui.NAN Fang 800kVGIS隔离开关磁场-温度场计算与分析 -高电压技术2008,34(7) 800kVGIS隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至超过允许温升,从而影响其工作性能,为了保证其工作的安全性和可靠性,建立了 三维有限元分析模型对800kVGIS隔离开关的工频磁场进行分析.首先计算出隔离开关上的磁感应强度分布及涡流损耗,然后将涡流损耗值作为体积热源计 算800kVGIS隔离开关的温度场,得出各部分具体温升值.结果表明:在环境温度为27 3°C的工作条件下,隔离开关主导体上的温升约为26.3 K,外壳温升约 为13.3 K.计算结果和试验测试数据的对比验证了方法的准确性,进而为产品设计提供参考,为提高GIS隔离开关运行可靠性提供理论依据. 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_htjs200403003.aspx 下载时间：2009年10月20日