考虑外部环境因素的GIS隔离开关热流耦合仿真研究

《Energies》：Study on Thermal–Fluid Coupling Simulation of GIS Disconnect Switch Considering External Environmental Factors

　　

摘要

为了解决直接测量内部导体温度的难度以及外部环境因素对气体绝缘开关设备（GIS）的复杂影响问题，针对110 kV三相共箱式GIS断路器开发了一个三维热流多物理场耦合模型。该模型考虑了接触电阻产生的热量、SF₆气体的自然对流、风速和太阳辐射等因素。系统研究了接触电阻和环境因素对温度场分布的影响。结果表明，接触电阻的增加会显著提高导体温度，而较高的风速可以有效降低设备的温升；太阳辐射会显著提高外壳温度，而环境温度对温升的影响较小。基于外壳温度的升高，建立了一个导体温度升高预测模型和多因素校正模型。验证结果显示，所有模型的决定系数均大于0.98，预测误差控制在±2°C范围内。所提出的方法能够在复杂的环境条件下准确预测导体温度，为GIS设备的状态监测和过热故障诊断提供了技术支持。