0 引 言

高压开关柜是用于电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的电气设备。但高压开关柜事故屡见不鲜,主要表现在绝缘事故、载流故障、机械事故、误动事故和拒动事故等[1-2],其中绝缘事故尤为突出。开关柜的绝缘损坏会影响电气设备的正常运行,甚至导致事故的发生。对于核电等特殊领域的高电压设备,在投产前,急需预先评估电场强度及可靠性,设计时仿真出开关柜的电场分布情况对于改进现有产品的工艺设计,确保开关柜运行的可靠性,有重要意义。

目前对于高压开关柜的电场分析较多[3-12],主要研究高压开关柜内元器件的电场分布。文献[3]对高压开关柜内的绝缘子的高低压端的口径、穿墙套管绝缘管体中部径向安装面板以及内六角螺钉沉头直径进行电场分析及优化。文献[4]分析了开关柜的接地室的电场分布情况。文献[5]分析了高压开关柜内的母线室、手车室和电缆室的电场分布,但只考虑各个部分独立作用产生的电场分布。

以上分析的局限性在于没有考虑各个元器件间的电场耦合作用,使得仿真计算结果的精度降低。究其原因,计算模型的复杂和计算体量的庞大,是整柜系统电场分析的主要难点。因此,对于整柜的电场分布仿真比较困难,分析较少。只有进行整柜系统仿真与分析,才能更加精确地计算出整柜的电场分布,更准确地预测与评估绝缘件的损坏形式,保证系统绝缘的可靠性,从而更有效地去优化和设计高压开关产品。

由于沙集泵站上下游水位差较大，正常在6.30 m左右，机组飞逸转速较高，所以该泵站是利用同步电动机组直接倒转并网发电，继电保护上设有过频、过压保护，以防止飞车损害设备。对于沙集站这种肘形出进水流道、直管进出水流道、导叶式混流泵机组装置而言，这种直接倒转方式投入小、见效快，但发电效率较低，实际测算仅33%左右，远低于一般小水轮发电机组的发电效率，而且发电功率受上下游水位变化影响和限制较大，河道废弃水资源没有得到很好地开发利用，需要进行增效扩容改造。

本文以核电1E级i-AY6-12(F-C)户内移开式交流金属封闭开关设备为研究对象,从电场理论分析出发,建立了高压开关柜的整柜有限元模型,采用有限元仿真软件Ansys Workbench进行分析与仿真。通过对整柜仿真,评估主回路关键绝缘件能否满足绝缘性能要求,分析最大场强位置,对后续产品的设计和优化有指导作用。

1 高压开关柜电场计算理论

电磁场有限元法的处理思路是将待求区域划分为一系列离散区域单元,区域单元之间的待求量可由节点量通过特定的函数关系插值得到。由平衡关系和能量关系建立关于节点量的方程式,将各单元方程式组成方程组,结合边界条件后求解,从而将一个连续函数问题转化为离散数学问题。

观察组给予头孢曲松联合利福平治疗，口服利福平胶囊（上海延安药业有限公司，国药准字H31020036，0.15 g，批号 S121008、S161104），每次10～20 mg/kg，每日1次。

在电磁场问题中,微分方程为已知,并且可以通过对某个泛函的变分而得到。对于有多个自变量的函数φ(x,y,z)的泛函T(φ)来说,具有如下一般形式[13-15]:

(1)

(2)

G(φ)=-gφ

(3)

(4)

根据式(4)及静电场的边界条件,将电磁场的微分方程简化为求式(5)极小值的问题:

(5)

经过上述对高压开关柜有限元模型可靠性的验证,可计算4种极限负载工况下的电场情况。整柜电压分布如图6所示;4种工况下的电场分布如图7所示。

[K]×[φ]=0

(6)

2 整柜电场的数值仿真计算

2.1 有限元模型的建立

将在Pro/E中处理好的整柜模型导入到Ansys Workbench进行前处理,从而建立高压开关柜的整柜有限元模型。整个模型包含124个零件,其中包括柜壁、隔板、母线、绝缘件、手车套等。主要零件材料参数如表1所示。以空气为外边界的高压开关柜简化模型如图1所示。

表1 主要零件材料参数

名称材料电阻率/(Ω·m)母线铜1.86×10-8柜壁、隔板结构钢1.7×10-7绝缘件、穿墙套管、手车套环氧树脂1015空气—100

图1 系统有限元模型

对高压开关柜整柜进行网格划分时,需要采用尺寸控制。对于绝缘件等主要分析对象采用小尺寸划分,从而提高计算精度。为了确定合理的网格数目,分别在不同尺寸网格下进行了多组计算,经过多次仿真试验,最终确定了各个部件的最优网格尺寸。确定的有限元模型取5 302 138个单元,共包含7 177 918个节点。其中主要绝缘件的有限元模型如图2所示。

图2 主要绝缘件的有限元模型

(4)工况4下C相回路上导体电压为45 kV,AB相电压为0 V,C相穿墙套管及与C相回路导体接触的绝缘件表面上的电压值较大。

1.细胞培养：人食管鳞癌细胞系TE-8细胞购买于美国模式培养物集存库，培养基为DMEM培养基(Gibco)，同时加入4.5 g/L葡萄糖和20%胎牛血清(Gibco)。培养条件：温度37 ℃和5%CO2。

2.2 边界条件的定义

随着建筑工程给排水施工技术的发展，越来越多在给排水施工过程中的问题被解决，但也有很多新的问题涌现出来。给排水管道材料的种类越来越多，这也在一定程度上加大了施工的难度。通过细致的分析，可以总结出许多施工中出现问题的共性。要提升设计单位对给排水施工设计的重视度，根据项目工程的特点，选取最为适合的工程施工材料。设计方应该提出一个综合设计方法，使施工方在施工的过程中遇到问题有据可依，通过优秀的设计，完美的工艺，在最大程度上减少建筑给排水系统的问题。

表2 边界条件

工况电压/kVA相B相C相接地部件14545450245000304500400450

2.3 验证模型可靠性

为验证简化后模型的可靠性、网格划分的合理性及边界条件施加的正确性,施加三相32 kV的试验电压,接地部件0 V的边界条件,进行仿真计算。试验工况下整柜电压仿真分布如图3所示;试验工况下整柜电场仿真分布如图4所示。

整柜电场分布试验如图5所示。在仿真结果中电场强度最大值为1.578×107 V/m,小于环氧树脂材料的击穿场强,符合击穿试验中整柜绝缘件未发生击穿或表面闪络的结果。仿真结果中的电压和电场强度的分布与1 min工频耐受电压为32 kV的击穿试验中试验结果的趋势一致。

图3 试验工况下整柜电压仿真分布

图4 试验工况下整柜电场仿真分布

图5 整柜电场分布试验

2.4 极限负载下的整柜仿真分析

最终得到有限元方程:

图6 4种工况下整柜电压分布

图7 4种工况下整柜的电场分布

分析4种工况下的电压分布可知:

在高压开关柜的整柜电场分析中,边界条件分为约束边界条件和载荷约束条件两类。约束边界条件为高压开关柜施加0 V电压的接地部件,包括主母线室隔板、手车架、仪表室隔板、电缆室隔板、铝板、柜壁、护线板;载荷约束条件为三相通电母线上的电压值,施加极限电压为45 kV。仿真模拟4种工况,边界条件如表2所示。

(1)由于铜的电阻率较小,因此工况1下三相回路上导体电压均为45 kV,穿墙套管及与导体接触的绝缘件表面上的电压值较大。

(2)工况2下A相回路上导体电压为45 kV,BC相电压为0 V,A相穿墙套管及与A相回路导体接触的绝缘件表面上的电压值较大。

3.2.1 完善乡村文化支撑机制。乡村文化支撑机制是乡村文化建设得以落实的保障，也是乡村文化治理体系发展创新的前提。在张掖市乡村文化支撑机制建设过程中，应围绕硬件环境、精神文明、公共文化和制度规章等方面，构建健全的乡村文化支撑机制［1］。

(3)工况3下B相回路上导体电压为45 kV,AC相电压为0 V,B相穿墙套管及与B相回路导体接触的绝缘件表面上的电压值较大。

其次，从数学教学模式来看，教学内容与数学思想、方法相分离。目前不少高职院校数学教学把传授知识当作唯一内容，使学生只能简单地学习知识，不能感知相关的数学思想，培养数学精神，丰富数学方法，训练数学逻辑思维。而蕴涵数学思想方法的教学，伴随着学生对数学的欣赏，能够触及学生的灵魂，在体验数学美妙的同时产生心灵震撼。

在静电场分析中,根据边界条件,可将高压开关柜整柜的有限元模型均采用共节点单元,因此不需要定义连接。

各工况下的电场强度数值对比文献[5]计算结果,验证了电场模型的正确性。

由电压的分布与数值结果验证了模型建立的正确性。

分析4种工况下的电场分布可知:

5.自动驾驶功能驾驶员有不当适用，自动驾驶模式采用以及不采用时，驾驶员的操作都违背道路交通安全法律法规，造成重大交通事故，构成交通肇事罪，则责任承担主体由自动驾驶功能的制造商或供应商以及驾驶员共同承担法律责任。

(1) 工况1下,绝缘件上靠近三相回路的部分电场强度较大,场强最大值出现在手车套上,最大电场强度值2.050 0×107 V/m。

(2) 工况2下绝缘件上靠近A相回路位置的电场强度较大,最大值出现在手车套上,最大电场强度值为1.968 6×107 V/m。

(3) 工况3下绝缘件上靠近B相回路位置的电场强度较大,最大值出现在手车套上,最大电场强度值为2.032 8×107 V/m。

服务至上是物业企业的灵魂，物业管理的特点是有组织性的综合性经营整个管理过程。纵观所有企业，对成本的控制都很重视，对物业管理来说，成本的高低更是决定了这个物业管理企业能否生存的关键，所以，企业想要取得最大的效益就一定要牢牢的控制住物业管理的成本，物业服务方面成本的合理控制，是企业能够在激烈的竞争中可持续发展的基本途径，也是目前物业企业需要改进的地方。

(4) 工况4下绝缘件上靠近C相回路位置的电场强度较大,最大值出现在手车套上,最大电场强度值为2.013 8×107 V/m。

对比4种工况下整柜的电场结果,可知整柜最大的电场强度发生在手车套上。经过对比分析,可知在4种工况下手车套的电场分布情况类似,故以工况1下手车套的电场分布为例进行分析。工况1下手车套的电场分布如图8所示。由图8可知,手车套的电场分布十分不均匀,最前端与手车相接部分与后端电场强度较小,而与手车分离的中后部套的内侧电场强度较大。

对比4种工况下各室绝缘件的电场结果,可知各室绝缘件在4种工况下的电场分布情况类似,故以工况1下为例进行分析。工况1下主要绝缘件的电场分布如图9所示。由图9可知,在极限负载下,各室绝缘件中,手车绝缘件的电场强度最大,为1.172 0×107 V/m,电缆搭接室绝缘件的电场强度最大值为7.437 2×106 V/m,互感室绝缘件电场强度最大值为1.125 4×107 V/m,主母线室绝缘件电场强度最大值为9.634 4×106 V/m。

图8 工况1下手车套的电场分布

图9 工况1下各主要绝缘件的电场分布

3 结 语

(1)在模型简化中对于重要的绝缘件的外形和结构保留原始设计形态,虽然计算体量会增大,但在数值计算中却可以得到更加精确的结果。通过电压和电场强度的数值和分布情况与击穿试验的结果相对比,可以判断该仿真的真实性和可靠性,并且高压开关柜整柜的电场仿真计算中考虑了各室间元器件的相互影响作用的效果,因此所得到的仿真结果与实际工作情况接近程度较高。

(2)由于所有绝缘件的材料均为环氧树脂,而环氧树脂的击穿场强为30 kV/mm,在整柜分析的极限工况下各绝缘件的电场强度均小于极限值,因此各主要绝缘件在极限工况下均满足安全运行的要求。

(3)4种极限工况下,电场强度的最大值的位置均出现在手车套上,而在4个工作室中,手车室的绝缘件最大,故需要在后续的优化中着重优化手车套和手车室绝缘件的结构,以降低电场强度峰值,从而保证整柜在出现极限工况负载时的绝缘性能。

周泽赡把小鸡带到一块小方草坪上，小鸡好奇地啄着不同的光影，周泽赡在一旁蹲着守着它。周泽赡腿蹲麻了，起身张望着，镜头随着她的视角，停留在不远处开着花朵的绿化带上，她看了一眼正玩得开心的小鸡，走向那片地带，她脸上掠过一丝不安。小鸡突然大叫起来，周泽赡还在搜索着树枝，她找到树枝的同时，猛地一皱眉，看向小鸡那里，有一只黑猫准备发起攻击。特写周泽赡绝望的脸，她手里拿着棍子，迟疑地站定不动，黑猫迅速扑向小鸡，嘴里衔着猎物跑走了。周泽赡发疯似的奔向黑猫跑过的路，是无生物的过道，灰色的水泥板，画面呈冷色调。

【参 考 文 献】

[1] 潘长明,刘刚,熊炬,等.高压开关柜绝缘事故的分析及防范措施[J].高压电器,2011,47(7):90-93.

[2] 徐国浩.高压开关柜绝缘事故的分析及防范对策[J].中国科技信息,2006(14):94-95.

[3] 代佳佳,苗红霞.基于有限元方法高压开关柜电场的优化设计[J].机械制造与自动化,2015,44(2):172-176.

[4] 宁慧英.高压开关柜中三维电场的计算与分析[D].沈阳:沈阳工业大学.2007.

[5] 贾文卓.基于 ANSYS 的开关柜电场与温度场仿真计算[D].天津:天津大学.2013.

[6] 欧阳振国.基于有限元分析的开关设备产品仿真与优化[D].厦门:厦门理工学院.2015.

[7] DARIE E,PECSI R.The modeling of the electric field generated by the electrical transportines[J].Energy Procedia,2016,85(4):170-177.

[8] BAYER C F,BAER E,WALTRICH U,et al.Simulation of the electric field strength in thevicinity of metallization edges on dielectric substrates[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2015,22(4):257-265.

[9] KHAYAM U.Electric field characteristics inside three-phase gas insulated switchgear in the presence of foreign metallic particle[C]∥4th International Conference on Electrical Engineering and Informatics,ICEEI 2013,2013:1195-1201.

[10] KRAJEWSKI W,SIBILSKI H,WOJCIECHOWSKI R.Numerical modeling of the electric field in a 24 kV switchgear[C]∥2014 ICHVE International Conference on High Voltage Engineering and Application,2014:1-4.

[11] QIAN Y C,HUANG W J,LI D,et al.Optimization design of bushing of distribu-tion switchgear equipment[C]∥High Voltage Engineering and Application (ICHVE),2016 IEEE International Conference,2016:1-4.

[12] 吐松江·卡日,蔺红,希望·阿布都凡伊提.中压开关柜三维电场有限元分析[J].计算机仿真,2015,32(8):166-170.

[13] 倪光正.工程电磁场原理[M].北京:机械工业出版社,2009.

[14] 冯慈璋,马西奎.工程电磁场导论[M].北京:高等教育出版社,2000.

[15] 李人宪.有限元法基础[M].北京:国防工业出版社,2011.