27.5kV GIS母线室三维温度场的数值计算

张俊民 侯振华 张春朋 刘卫东 姜齐荣

（1.北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院 北京 1001912.清华大学电机工程与应用电子技术系 北京 100084）

1 引言

随着我国高速铁路的迅速发展，大容量27.5kV GIS开关柜逐渐成为高速铁路供电系统的主要开关设备，但该产品在国内的研制尚处于起步阶段，其中，封闭条件下载流回路发热和散热问题是研究的关键之一。GIS中的发热和散热是集传导、对流和辐射等传热方式耦合的复杂物理过程，该过程一般可通过数学建模和数值计算的方法来研究。然而，在数值计算中，需要对温度场与气流场联合求解，同时GIS的三维模型较为复杂，网格剖分数目多，从而给GIS温度场的数值计算带来了较大难度。目前，国内外对GIS开关柜温度场研究的文献报道较少。相关文献中，文献[1]简化了1100kV GIS隔离开关中的零部件，在仅考虑传导和对流的情况下，采用有限元方法对其三维温度场进行了计算。文献[2-3]计算了母线槽的二维温度场，计算中都把对流及辐射换热折算到相应的传热系数中，并视为常数，这与实际情况存在较大差距，而且需要预先对温升做出假设，并根据结果不断地调整传热系数，计算繁琐。

本文基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程，建立了传导、对流和辐射换热的耦合传热数学模型，并引入壁函数处理对流换热边界条件，对27.5kV GIS开关柜母线室温度场进行计算与分析。计算中，采用有限容积法对方程进行离散，求解压力、速度和温度等多个变量，得到母线室内三维温度场与气流场的分布。……