基于ANSYS耦合场分析的母线槽温度场仿真研究

摘要：利用ANSYS软件对2500A电流规格的三相五线母线槽进行了热电耦合仿真分析，计算出母线槽的温度场分布，为了验证仿真结果的准确性，将仿真结果与温升试验数据进行对比，两组数据相吻合性，误差在2K的之内。

关键词：母线槽；热电耦合；ANSYS；温度场

Study on the temperature field analysis of busbar based on ANSYS coupling field analysis.

WANG Zhen-jun

（Tianshui Changcheng Switchgear Factory， Gansu Great-wall Electrical Apparatus&Engineer; Research instute Co.Ltd，Tianshui 741018 ，China）

Abstract：Using ANSYS analysis software， the thermoelectric coupling simulation analysis of three-phase five-bus duct with 2500A current specification was carried out， and the temperature field distribution of the bus duct was calculated. To vertify the accuracy of simulation results， they were compared with the experimental data of the temperature rise， the two groups of data have a good consistency ， and the error was within 2K.

Key words：bus duct thermoelectric ANSYS temperature field

0 引言

母線槽作为电力传输设备，被广泛应用于室内变电站，高层建筑和工厂厂房，已代替传统的电缆进行配电[1]。随着用电载荷的迅速增加，母线槽运行时的散热状况也越来越受关注，因此研究其温度场分布情况非常有意义的。国内外对母线槽的温度场分布计算研究有很多[2-4]。本文利用ANSYS有限元软件对2500A密集型母线槽温度场进行了仿真研究。

1 有限元模型参数及网格划分

1，1 模型参数

母线槽的模型参数见表1；材料参数见表2。

1，2 根据参数建立三维模型，参考文献【5-6】对母线槽型进行了简化及假设。

1.3 接触电阻

样机实测值为60.2μΩ，计算值为50.5μΩ，值9.7μΩ；计算出电导率：7X106S/m2。

1.4 外壳对流系数

通过文献【7】以及经查表，计算出母线槽外壳对流换热系数6.154W/m2℃；活接头单元外侧板表面积为简化后的1.3倍，因此换热系数应取8W/m2℃。

2 结果分析及优化

2.1 母线槽温度场分布

在环温为22℃工况下，2500A母线槽的进行了仿真，温度场分布见图1、图2。

2.2 结果对比

2500A母线槽仿真结果与温升试验结果见表3。

由表3知，仿真数值与实测值相吻合，母线槽的设计符合相关标准及技术要求，达到产品设计的预期目标。

3 结语

通过ANSYS有限元软件对2500A母线槽的热-电耦合仿真，进而与温升试验数据对比，验证了仿真分析的准确性，此方法对母线槽设计具有一定参考意义。

参考文献：

[1]武安波，张国刚，等。基于磁场-流场-温度场耦合计算的母线槽热性能分析【J】.西安；高压电器，2002.

[2]范镇南，张德威，陈显坡，等.用电磁场和流场模型计算GIS母线损耗发热【J】.高电压技术，2009，35（12）：3016-3021.

[3]武安波，王建华，耿英三。密集型母线槽磁场-温度场-综合有限元分析【J】.高压电器，2003，39（4）：7-10.

[4]HO S L， LI Y，LIN X，et al.Calculations of eddy current，fluid，and thermal fields in an air insulated bus duct system【J】.IEEE Transactions on Magnetics，2007，43（4）：1433-1436.

[5]ZHAO Tie-bin，COMBER MG.Calculation of Electric Field and Potential Distributi-on Along Non-ceramic Insulators Consude-ring the Effects of Conductors and Transactions on Power Delivery，2000，15（1）；313-318.

[6]ZHANG Bo，HAN She-jiao，HE Jin-liang，et al.Numerical Analsis of Electric Field Distribution Around Composite Insulator and Head of Tranamission Tower[J]. IEEE Transactions on Power Delivery，2006，21（2）：959-965.

[7]丁斌，徐耀良，杨宁，等。大电流封闭母线磁-流-热场耦合有限元分析【J】.高压电器，2010，46（8）：31-34.

作者简介：王振军（1983- ）男，甘肃天水人，工程师，主要从事高压断路器设计研究.