油浸式变压器绕组瞬态温升降阶快速计算方法

油浸式电力变压器绕组温升监测是保证其安全稳定运行的重要手段。为了改善采用有限元方法计算油浸式电力变压器绕组瞬态温升时存在效率不高的问题,提出一种结构保留的本征正交分解(SPOD)与离散经验插值方法(DEIM)相结合的计算策略。首先,该文采用最小二乘有限元法(LSFEM)与迎风有限元法(UFEM)构建变压器绕组瞬态温升计算控制方程;其次,针对控制方程的特点,引入SPOD方法,通过将采样时间内的计算结果构成快照矩阵,建立降阶模型,降低有限元刚度矩阵的计算阶数,提高求解有限元方程的效率;然后,为了改善本征正交分解方法对于非线性问题效率提升不高的缺陷,结合DEIM算法,对有限元方程中的非线性项进行插值处理,从而减少每一时步形成总体刚度矩阵的时间,进一步提高总体计算效率。为了验证文章所提算法的精确性及高效性,根据油浸式电力变压器绕组的基本特点,建立了单分区分匝绕组传热模型,对其瞬态传热过程进行计算,结果表明:基于SPOD-DEIM的有限元降阶计算能够在保证精度的前提下有效提高计算效率,与全阶计算结果相比,流场与温度场的计算误差均不超过1.5%,且计算效率提升5.1倍。同时,为了充分说明SPOD-DEIM算法在工程应用中的价值,该文基于110 kV变压器绕组搭建了温升实验平台,建立了八分区分匝绕组数值计算模型,对算法的精度、效率及工程应用价值进行了验证及讨论,计算及实验结果表明:精度方面,降阶计算较全阶计算的瞬态全过程计算误差小于2.5%,且与实验结果相比,误差不超过5.41K;效率方面,降阶计算的全过程计算时间为54.28 h,与全阶计算相比,计算效率提升至10.57倍,与商业仿真软件Fluent相比,效率提升至6.37倍,充分说明所提算法的高效性及工程应用价值,为大型电力设备快速仿真提供新思路。

包含快照选择策略的POD-QDEIM油浸式变压器绕组瞬态温升降阶算法研究及其实验验证

为了提高采用有限元方法对油浸式电力变压器绕组瞬态温升进行仿真的计算速度,该文提出一种包含快照选择策略的本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)-基于列主元QR分解的离散经验插值(QR factorization-discrete empirical interpolation method,Q-DEIM)(POD-QDEIM)算法。首先,文章基于最小二乘有限元法与迎风有限元法推导绕组流热耦合计算方程;其次,通过引入POD方法,降低有限元方程阶数提高求解效率;同时提出POD自适应快照选择策略,在保证降阶模型精度的前提下,减小快照矩阵规模;随后,为了改善POD方法求解非线性问题时效率不高的劣势,文章结合基于Q-DEIM方法,通过插值的方法形成方程中的非线性项,从而提高每一时步非线性项的形成效率;最后,基于110 kV油浸式电力变压器绕组基本结构,建立了八分区分匝绕组传热模型以及绕组温升试验装置对所提算法进行验证,仿真及实验结果表明POD-QDEIM降阶算法的计算精度在工程上属于可接受范围,其计算效率较全阶计算提升了近11.72倍,说明该算法在油浸式电力变压器绕组瞬态温升快速仿真领域的工程应用价值。

基于动态模态分解-自适应变步长油浸式电力变压器绕组瞬态温升快速计算方法

为了改善当前油浸式电力变压器绕组瞬态温升计算过慢的问题,该文结合动态模态分解法和自适应变步长法提出了一种动态模态分解(DMD)-自适应变步长(ATS)快速计算方法。首先,该方法引入了动态模态分解算法,利用动态系统中前若干时步提取得到的变化特征,近似拟合其后一段时间内的系统变化,并通过选取主模态降低计算时间。其次,为了提高DMD算法性能,进一步提出结合ATS方法,通过自适应调整计算步长,提高瞬态计算效率;为了验证算法的计算精度和效率,建立了八分区分匝绕组数值传热模型并在此基础上将该文所提算法与仿真软件Fluent的计算结果进行对比,结果表明,在计算精度方面,二者结果几乎一致,计算误差最大不超过0.3 K;对于计算效率,该文算法的总计算时间为5.99 s,仅为Fluent总计算时间的1/89,且算法时间步数仅为Fluent的4.7%。最后,为了验证DMD-ATS算法的工程实用性,基于产品级油浸式电力变压器绕组结构搭建温升实验平台,并将所提算法计算结果与实验结果进行对比,结果表明所提算法在各测量线饼的误差均处在可接受的范围内,最大误差仅为4.57 K,且包含预处理时间在内的计算时间仅为69.14 s,计算时步仅需17步,较当前主流的计算方法效率有明显提高。综合算法的精度和效率,充分说明所提算法具有一定工程价值。

滑板材料受流摩擦时接触点瞬态温升对磨损性能的影响

采用有限元法对不同滑板材料 (包括纯碳材料、浸金属碳材料以及铜基粉末冶金材料 )在滑动受流时由摩擦力和接触电阻引起的接触点瞬态温升进行了分析计算 ,同时根据滑板材料的热失重 ( TGA)和差热分析( DTA)试验结果 ,分析了各种滑板材料在受流摩擦时的磨损行为。研究表明 ,在试验参数为压力 70 N、电流 2 0 0A以及滑动速度 80 km· h- 1 的条件下 ,电流是引起碳系滑板材料接触点温升的主要因素 ,并造成纯碳滑板接触区亚表层的高温氧化现象 ,浸金属碳滑板由于材料致密氧化速度较慢 ,同时强度相对也高 ,因而具有良好的耐受流磨损性能 ;而铜基粉末冶金滑板材料受流摩擦时的接触点温升低于其氧化温度 ,所以引起其高受流磨损量的主要因素不是接触点温升 。

基于裂变偶的瞬态温升传感器技术研究

针对快中子脉冲堆CFBR-Ⅱ的瞬态温度动态诊断的难题,从分析瞬变温度场中子致热的原理出发,利用裂变材料作为热偶接点,设计了以裂变偶作为传感元件的瞬变温度测量传感器。设计中选用裂变珠直径约为1 mm,细热偶丝的直径约为0.05 mm。通过一系列技术措施,解决了裂变偶的制作工艺,实现了对裂变偶输出微弱信号的线性放大,并以Labview为开发平台,通过一系列实验获得了裂变偶在CFBR-Ⅱ堆超瞬发临界状态下的瞬态温升,观测到了裂变偶在CFBR-Ⅱ堆3个不同位置的瞬态温升-时间响应曲线。同时,针对裂变偶在瞬变辐射场下的热传导损失进行了理论估算,排除了热损失带来的测量误差。

结焦催化剂颗粒再生时的瞬态温升模拟

根据均匀模型和有限厚度区模型 ,对结焦的分子筛裂化催化剂进行了再生时的瞬态温升模拟。将所建模型应用到半间歇的流化床再生反应器内 ,对比测定值与模型计算值 ,发现模型计算值能较好地模拟实验过程。研究结果表明 ,在 75 0℃以上的温度下再生时 ,颗粒最高温升达 5 3 .5 1℃ ,气固间温差达 42 .67℃ ,说明即使气膜内的传质阻力可以忽略不计时 ,传热阻力仍很大。

非开关式电学法实时测量快恢复二极管瞬态温升

快恢复二极管(FRD)工作条件下,结温的实时测量和监控问题始终是个难题。利用脉冲大电流消除结自升温,测量校温曲线,然后基于该校温曲线利用非开关式电学法实现实时测量FRD的瞬态温升。对比了非开关式电学法,红外法以及开关式电学法三种方法测量的瞬态温升曲线。结果表明,在1 W功率下,TO-247-2L封装型的FRD非开关式电学法测量结温的稳态温升为42℃,比开关式电学法及红外法分别高1.2%和2.4%。结果证明,非开关式电学法可以准确地测量器件温升,解决了实时测温的问题,可以避免开关式电学法由于电流切换所造成的结温误差。

室外型基站方舱瞬态温升仿真及加热器的选择

电子设备在低温下工作有温升要求,需要配备加热器。用电子热设计仿真软件对某型号室外型基站方舱进行了整机建模和瞬态低温温升数值仿真。通过对仿真结果的分析,确定了加热器功率,优化了加热过程中方舱内机柜的摆放位置和状态,提出一种较为灵活的升温策略,加快了温升速度。

高速激光作用下薄膜的瞬态温升过程及其非平衡热物理性质

本文报道了薄膜非平衡热物性实验研究工作的最新进展,建立了0.1μs脉冲二氧化碳激光高速加热系统、高速光电测长系统及高速红外辐射测温系统,测量系统响应时间可达0.1μs.应用此系统测量了室温范围微秒量级的温度变化过程,在此基础上测量了50μm薄膜的热扩散率,并且观测到瞬态激光加热后薄膜试样的瞬态温升与膨胀的不同步变化.

湿式制动器三维瞬态温升特性研究

针对非公路车辆在连续制动工况下出现的热疲劳问题,建立了湿式制动器三维瞬态热机耦合分析模型,考虑了热流密度、热流分配系数、对流换热系数这些热边界对于温升的影响,运用有限元分析软件ANSYS模拟了非公路车辆湿式制动器摩擦盘在连续制动过程中的变化,得到摩擦盘温度场和应力场的分布。研究结果表明,温度在接触界面半径中间偏外缘方向分布不均匀易产生热疲劳,在温度梯度大的地方应力集中现象明显,分析结果与实际情况一致,为湿式制动器的设计提供了理论基础。

水介质预击穿过程液相温度纹影诊断技术研究

为研究水中亚毫秒脉冲放电过程液相温度的变化,构建了适用于水中脉冲放电的纹影观测系统,提出了水中脉冲放电过程温度诊断系统的影响因素及标定方法,获得了水中脉冲放电过程温度场的径向分布。与有限元仿真对比分析表明,当径向距离小于0.9 mm时,纹影诊断温度相对于仿真结果的偏差小于8%,为水中脉冲放电机理研究提供了技术基础。

高压并联电容器用放电线圈的温升特性研究

在放电线圈额定负载温升试验、额定电压二次短路温升试验、额定容量放电温升试验基础上,对比了3种工况下3种规格的放电线圈绕组温升的特点。理论计算分析了短路试验、放电试验时绕组的温升情况,计算结果与试验结果相吻合。此外,文章研究了放电线圈额定容量连续放电试验时绕组温升情况。研究结果表明,放电线圈绕组的瞬态温度在连续放电试验中不断升高、上升速度快,因此,变电所VQC控制并联电容器投切时,应控制对电容器组操作时间间隔,防止因连续投切电容器,放电线圈连续放电,进而导致绕组瞬态温度过高而损坏。

胶带制品硫化状态温度分析比较

提出了一种大型胶带连续硫化机热板及其传动装置的改进结构,并分析比较了国产大型胶带平板硫化机、德国辛北尔康普公司(Siempelkamp)Contiroll型连续平压硫化机以及改进结构的大型胶带连续硫化机热板在硫化温度时的稳态温度场分布状态及胶带在热板稳态温度场中的瞬态升温状况,为设计提供依据及参考。

重复脉冲泵浦管状固体激光器的介质温升

对重复脉冲泵浦的管状YAG激光器的3维温度分布进行了深入研究,计算模拟了管状介质在不同时刻的3维动态温升分布。计算结果表明,泵浦初始阶段,介质中各点的瞬态温升均随泵浦脉冲个数呈锯齿形增长,最大温升点的位置由介质内壁随时间逐渐向介质内部移动;经过大约490个脉冲泵浦后,介质内的瞬态温升最终随时间呈重复周期性变化,最大温升点将不再移动。当温升分布呈重复周期性变化后,激光管中心部分的温升较大,内外壁的温升较小,且外壁温升低于内壁温升。

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的可靠性

利用正向肖特基结结电压与温度的线性关系,对AlGaN/GaN HEMT器件有源区瞬态温升进行了测量,其热阻为19.6℃/W。比较了不同测温方法和外界环境对器件沟道温升的影响。并研究了栅极施加反向直流阶梯应力对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响,结果表明器件在应力作用下电学参数退化,大信号寄生源/漏极电阻RS/RD和栅源正向I-V特性在击穿后能得到恢复。AlGaN势垒层陷阱俘获电子和电子填充栅极表面态是器件参数退化的原因,表面态恢复是器件参数恢复的主要原因。

丰满电站水轮发电机通风冷却系统的工程应用研究

从丰满电站水轮发电机的工程应用出发,叙述了发电机通风系统的特点和通风系统结构的选择,采用网络法计算了该电机的风量并通过真机通风试验数据验证了计算的准确性。根据通风冷却系统流体流动特点获得温度场计算的边界条件,采用有限元方法计算了转子温度场分布,根据水轮发电机转子光纤温度在线监测系统的工作原理进行系统构成分析,对关键技术问题重点考虑,实现了光纤测温技术在丰满水轮发电机温度在线监测中的应用,现场运行数据表明,系统测量数据与计算值接近,数据准确可靠。同时,针对实际运行中瞬态工况部件的温度变化易导致故障发生的情况,采用温度场计算研究了穿心螺杆短路工况和定子制动工况瞬态温升。对通风冷却系统全方位的研究可确保发电机在工程应用中安全可靠运行。

基于数值计算的制动电阻元件表面传热系数研究

在传统制动电阻设计中,获得电阻元件表面传热系数主要依靠设计经验或者定型产品的温升试验数据,并没有定量的计算方法。为了准确计算制动电阻运行过程中的瞬态温度变化情况,验证制动电阻设计方案的可行性,利用数值计算方法对制动电阻元件表面传热系数进行了研究,以稳态条件下求出的表面传热系数为基础,建立了电阻元件的瞬态温升计算模型,并综合分析了导热和辐射换热对电阻元件温度的影响。通过与制动电阻产品温升试验数据的对比,验证了该瞬态温升计算模型的准确性,为制动电阻工作温度的模拟提供了简便高效的方法。

直流断路器在短路电流下稳定性分析

当电力系统发生短路故障时,断路器主回路触头会产生很大的电动斥力,可能会造成断路器触头机械变形或熔焊,从而无法切断短路电流实现保护功能。本文以某型直流断路器为研究对象,提出了一种具有电动力补偿功能的触头结构,分析了其在短路电流下动稳及热稳定性,并对其电动斥力及瞬态温升进行有限元仿真计算,最后断路器通过了短时耐受短路电流试验,验证了仿真计算方法的可行性。