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励磁系统母线排与隔离开关的动热稳定性分析

作　者: 李博
导　师: 梁慧敏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 母线排隔离开关动稳定性热稳定性热网络法
分类号: TM306
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

励磁系统是同步发电机的重要组成部分,对提高电力系统并联机组的稳定性具有较大的作用。在励磁系统中,母线排和隔离开关是最基本的两类器件,直接影响系统的可靠性。为了确保同步发电机工作的可靠运行,励磁系统需要在装配前进行特定的短路试验。在该试验中,由于短时的大电流流经励磁系统中的各个电流承载器件,而对这些器件产生发热、分断电动力等诸多不利影响,因此对器件的动稳定性和热稳定性提出了较高的要求。为了确定某励磁系统中母线排与隔离开关在短路试验条件下能否可靠工作,需要以母线排和隔离开关为对象对其动稳定性以及热稳定性展开研究和分析。针对动稳定分析的问题,基于有限元方法,在励磁系统短路实验条件下,对母线排及隔离开关进行分析,得到动稳定性仿真分析数据;使用解析计算方法,对母线排及隔离开关进行动稳定性分析;对比有限元仿真结果,对解析计算模型进行修正,使其达到工程计算的精度要求,并推导和归纳出适合于现场工程计算的母线排和隔离开关动稳定性解析计算模型。针对热稳定性分析的问题,建立三维有限元模型,对母线排及隔离开关的热稳定性进行分析,得到稳态和瞬态的温度分布及关键点温度数据;使用解析法计算短路电流下隔离开关的瞬态温升,使用热网络法,对隔离开关进行热件划分,合成热网络模型,计算其稳态条件下的端部温度和最高温度;对比仿真结果,修正热网络模型,得到满足工程精度要求的热网络计算模型。本文采用有限元方法和解析法对母线排及隔离开关进行动稳定和热稳定性仿真分析,解决了某型号励磁系统短路试验中此类器件动稳定性及热稳定性分析的问题,提高了针对母线排及隔离开关的分析水平,并在开关器件热网络建模方面做出了一定的研究,对励磁系统短路试验可靠性分析及工程应用有着重要的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 课题相关的国内外研究现状  10-14
    1.2.1 母线排动热稳定性的国内外研究现状  12
    1.2.2 隔离开关动热稳定性的国内外研究现状  12-14
  1.3 本课题的主要研究内容  14-16
第2章基于有限元方法的母线排及隔离开关动稳定性分析  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 动稳定性有限元分析基本原理  16-21
    2.2.1 电磁场基本理论  16-19
    2.2.2 基于有限元方法的电动力计算  19-21
  2.3 母线排动稳定性仿真分析  21-25
    2.3.1 几何模型的建立  22
    2.3.2 网格的划分  22-23
    2.3.3 载荷及边界条件施加  23
    2.3.4 仿真结果分析  23-25
  2.4 隔离开关动稳定性仿真分析  25-29
    2.4.1 几何模型的建立  27-28
    2.4.2 网格的划分与载荷的施加  28-29
    2.4.3 仿真结果分析  29
  2.5 本章小结  29-30
第3章母线排及隔离开关动稳定性解析计算方法的研究  30-42
  3.1 引言  30
  3.2 母线排动稳定性解析计算  30-38
    3.2.1 一对母线排之间电动力的解析计算  30-34
    3.2.2 多对母线排之间电动力的解析计算  34-38
  3.3 隔离开关动稳定性解析计算  38-41
    3.3.1 动簧片间电动力的解析计算  38-39
    3.3.2 动簧片转动力矩的解析计算  39-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章基于有限元方法的母线排及隔离开关热稳定性分析  42-60
  4.1 引言  42
  4.2 传热学的基本理论  42-46
    4.2.1 基本传热方式  43-44
    4.2.2 稳态传热过程与瞬态传热过程  44-45
    4.2.3 定解条件  45-46
  4.3 稳态与瞬态温度场的数学模型  46-48
    4.3.1 稳态温度场的数学模型  46-47
    4.3.2 瞬态温度场的数学模型  47-48
  4.4 母线排热稳定性仿真分析  48-51
    4.4.1 母线排热稳定性稳态仿真分析  48-49
    4.4.2 母线排热稳定性瞬态仿真分析  49-51
  4.5 隔离开关热稳定性仿真分析  51-59
    4.5.1 隔离开关接触半径的仿真计算  52-54
    4.5.2 隔离开关热稳定性稳态仿真分析  54-57
    4.5.3 隔离开关热稳定性瞬态仿真分析  57-59
  4.6 本章小结  59-60
第5章隔离开关热稳定性解析计算方法的研究  60-72
  5.1 引言  60
  5.2 基于热网络法的隔离开关稳态温升计算  60-69
    5.2.1 热流场与电流场的对偶关系  60-61
    5.2.2 热件的基本类型及隔离开关热件的划分  61-63
    5.2.3 隔离开关热件参数的计算  63-65
    5.2.4 隔离开关网络的合成及其网络方程  65-68
    5.2.5 隔离开关端部温度及最高温升的计算  68-69
  5.3 隔离开关瞬态温升解析计算  69-71
  5.4 本章小结  71-72
结论  72-73
参考文献  73-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-79
致谢  79

励磁系统母线排与隔离开关的动热稳定性分析

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