Comsol开关柜温度-湿度-流场耦合计算

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文章摘要

本文研究了开关柜在电力系统中的温度、湿度和流场特性，旨在提高设备运行的安全性和经济效益。通过使用Comsol软件建立三维物理模型，并考虑温度场和流场耦合关系，得到了开关柜内部的详细热湿耦合和流固耦合特性。这些分析有助于优化开关柜设计和运行，预防设备故障，延长设备寿命，确保电网的安全稳定运行。该研究对于提高电力系统的可靠性和经济效益具有重要意义。

Comsol开关柜温度-湿度-流场耦合计算

关键词：开关柜；热湿耦合；流固耦合；有限元；数值计算

1. 开关柜温度-湿度-流场特性研究

1.1 开关柜

开关柜是一种电气设备，开关柜外线先进入柜内主控开关，然后进入分控开关，各分路按其需要设置。如仪表，自控，电动机磁力开关，各种交流接触器等，有的还设高压室与低压室开关柜，设有高压母线，如发电厂等，有的还设有为保主要设备的低周减载。如图1所示就是开关柜实物图。

图1. 开关柜

开关柜的主要作用是在电力系统进行发电、输电、配电和电能转换的过程中，进行开合、控制和保护用电设备。开关柜内的部件主要有断路器、隔离开关、负荷开关、操作机构、互感器以及各种保护装置等组成。开关柜的分类方法很多，如通过断路器安装方式可以分为移开式开关柜和固定式开关柜；或按照柜体结构的不同，可分为敞开式开关柜、金属封闭开关柜、和金属封闭铠装式开关柜；根据电压等级不同又可分为高压开关柜，中压开关柜和低压开关柜等。主要适用于发电厂、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业和住宅小区、高层建筑等各种不同场合。

1.2 开关柜温度-湿度-流场特性研究意义

开关柜作为一种金属封闭式的开关电力设备，在我国应用十分广泛。高压金属封闭开关设备集负荷开关、隔离开关、互感器、电容器、避雷器、断路器、接触器、熔断器、母线以及相应的二次设备如控制、连锁、保护、监测、通信装置等于一个长方柜形的金属外壳内，变为一种组合式电器，这样不仅减少了这些电力设备占地面积和所占的空间，还相应地提高了变电站的效率，设备在运行情况下也会有更多的安全保障，极大程度上提高了经济效益。

开关柜内发生故障的原因较多，且很多故障会造成造成设备锈蚀，从而导致设备的绝缘性能大幅度降低，甚至绝缘部分会被击穿，设备老化速度加快，同时还增加了产生局部放电的概率，损坏开关柜内部元器件，从而导致故障次数增多，检修成本也随即提高，故障增加的同时就无法保证电网的安全运行。因此研究开关柜温度-湿度-流场特性显得尤为重要。