封闭母线接头热特性分析及温度保护方法研究

论文摘要

作为电力传输设备,封闭母线槽近年来被广泛用于室内变电站、高层建筑和工厂厂房,以代替传统的电缆进行配电。封闭式母线由于自身结构的特点,温升对其工作性能和可靠性影响较大,尤其是封闭母线接头。封闭母线接头处主要采用螺栓固定连接。螺钉压紧的固定连接处,如果螺栓未拧紧,或者即使拧紧,经过运行后热胀冷缩引起接头松动或者接头处接触电阻过大,会使接头发热严重甚至破坏绝缘,引起事故。目前,国内外学者对封闭母线直线段热特性进行了许多研究,但是均没有对封闭母线接头热特性进行深入研究,而且现有低压配电线路的保护方法也不能对接头处出现小电流(流过接头的电流并未达到保护电器的整定动作值)高温度(该温度超过了此刻电流正常发热时的温度值)的状况进行有效保护。论文在构建封闭母线接头简化结构模型的基础上,利用能量守恒原理建立了封闭母线接头温度场数学模型,在此基础上,给出了降低接头温升的措施,并利用该模型结合传统温度保护方法提出了一种针对接头处过热,尤其是小电流高温度的保护方法。具体工作如下:①在构建封闭母线接头简化结构模型的基础上,结合导热、对流及辐射这三种基本的热量传递方式建立了接头温度场数学模型;利用数值传热学中的有限容积法对所建立的温度场数学模型进行离散化处理并建立了离散化方程;通过三对角阵算法迭代求解该温度场模型,从而可以得到封闭母线接头处内外温度分布。实验结果验证了所建立模型的准确性。②在已建立封闭母线接头处温度场数学模型的基础上结合热量传递的三种方式导热、对流及辐射,通过对比分析引起接头处温升的各种因素如电流、导体材料、绝缘材料、环境温度、外壳对流系数、外壳表面辐射率及接触电阻等,提出了影响接头温升的主要因素并给出了降低接头温升的措施。③分析目前低压配电线路采用封闭母线时,已有的短路保护、过负载保护及接地故障保护存在的缺陷,在此基础上结合传统温度保护方法,提出了一种针对接头处过热,尤其是小电流高温度的温度保护方法。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 封闭母线热特性的研究现状
• 1.2.2 低压配电系统保护方法
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 封闭母线的特性
• 2.1 引言
• 2.2 封闭母线的分类
• 2.2.1 离相封闭母线
• 2.2.2 共箱封闭母线
• 2.3 封闭母线接头
• 2.3.1 封闭母线接头连接方式
• 2.3.2 封闭母线接头结构
• 2.4 本章小结
• 3 封闭母线接头的温度场数学模型
• 3.1 引言
• 3.2 封闭母线接头温度场数学模型
• 3.2.1 封闭母线接头结构简化模型
• 3.2.2 封闭母线接头温度场数学模型
• 3.3 封闭母线接头温度场方程求解
• 3.3.1 边界条件求解
• 3.3.2 温度场方程求解
• 3.3.3 算例分析
• 3.4 封闭母线接头温度场数学模型实验验证
• 3.4.1 试验设备选择
• 3.4.2 现场试验
• 3.4.3 误差分析
• 3.4.4 实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 降低封闭母线接头温升的措施
• 4.1 引言
• 4.2 封闭母线接头热量传递的方式
• 4.2.1 导热
• 4.2.2 对流
• 4.2.3 辐射
• 4.3 降低封闭母线接头温升的措施
• 4.3.1 电流
• 4.3.2 导体材料
• 4.3.3 隔相绝缘材料
• 4.3.4 环境温度
• 4.3.5 对流系数
• 4.3.6 外壳材料
• 4.3.7 接触电阻
• 4.4 本章小结
• 5 基于温度场数学模型的保护方法
• 5.1 引言
• 5.2 现有低压配电线路的保护方法
• 5.2.1 短路保护
• 5.2.2 过负载保护
• 5.2.3 接地故障的保护
• 5.2.4 现有保护方法的不足
• 5.3 基于温度场数学模型的保护方法
• 5.3.1 保护原理
• 5.3.2 保护参数整定
• 5.3.3 保护方法实现流程
• 5.3.4 保护方法实现的硬件电路
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 论文主要结论
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录