Comsol—GIS设备电磁计算
GIS（GASINSULATEDSWITCHGEAR）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GIS由断路器、隔离开关、接地开关、互感器、避雷器、母线、连接件和出线终端等组成，这些设备或部件全部封闭在金属接地的外壳中，在其内部充有一定压力的SF6绝缘气体，故也称SF6全封闭组合电器。全文共1035字阅读约需5分钟GISGIS（GASINSULATEDSWITCHGEAR）是气体绝缘全封闭组合电器的英文简称。GIS是运行可靠性高、维护工作量少、检修周期长的高压电气设备。其故障率只有常规设备的20%～40%，但GIS也有其固有的缺点，由于SF6气体的泄漏、外部水分的渗入、导电杂质的存在、绝缘子老化等因素影响，都可能导致GIS内部闪络故障。GIS的全密封结构使故障的定位及检修比较困难，检修工作繁杂，事故后平均停电检修时间比常规设备长，其停电范围大，常涉及非故障元件。GIS设备的内部闪络故障通常发生在安装或大修后投入运行的一年内，根据统计资料，第一年设备运行的故障率为0.53次/间隔，第二年则下降到0.06次/间隔，以后趋于平稳。根据运行经验，隔离开关和盆型绝缘子的故障率最高，分别为30%及26.6%；母线故障率为15%；电压互感器故障率为11.66%；断路器故障率为10%；其他元件故障率为6.74%。因此在运行的第一年里，运行人员要加强日常的巡视检查工作，特别是对隔离开关的巡视，在巡查中主要留意SF6气体压力的变化，是否有异常的声音（音质特性的变化、持续时间的差异）、发热和异常气味、生锈等现象。如果GIS有异常情况，必须及时对有怀疑的设备进行检测。图1.大型GIS设备物理模型在几何模块中建立GIS三维模型，如图2所示。计算过程需设置模型各部分电导率、相对介电常数以及相对磁导率，为了结果的准确性，以上参数均从相关论文资料以及现有实验数据中获得，如图3所示。图2.物理模型图3.材料参数物理场边界条件计算物理场选取磁场模块，导体设为线圈域，匝数10匝，线圈施加电流激励3150A，添加A场规范固定域边界提高电磁场计算过程的收敛性，详细边界条件如图4示。图4.物理场边界条件根据有限元法的求解原理，网格剖分越精细，求解越准确，数值计算前通过网格划分对模型计算区域进行离散化处理，采用三角形非结构化网格对模型进行划分，网格分布如图5所示。图5.计算网格分布结果展示计算模型采用线圈几何分析和50Hz频域进行求解，通过计算可以得到GIS的磁通密度、磁场强度、磁感线以及电磁损耗分布。图6.磁通密度分布图7.磁场强度分布图8.磁感线线分布图9.电磁损耗分布供稿|电子F430编辑|小苏审核|赵佳乐来源：Comsol有限元模拟
