高压开关柜房间三维电磁场仿真分析

ANSYS电力设备低频电磁场仿真分析解决方案目录一、电力设备仿真分析（CAE）的必要性 (3)二、ANSYS低频电磁场仿真分析论证 (3)2.1 ANSYS Emag软件简介 (3)2.2 ANSYS Emag在电力系统中的应用 (4)2.2.1 电场分析 (4)2.2.2 磁场分析 (5)2.2.3 耦合场分析 (5)2.3 ANSYS Emag应用案例 (6)2.3.1 电场分析 (6)2.3.1.1 电场分析应用案例——屏蔽电极电场结构优化设计 (6)2.3.1.2 电场分析应用案例——电流互感器远场边界计算 (7)2.3.2 磁场分析 (8)2.3.2.1 磁场分析应用案例——空心电流互感器磁场分析 (8)2.3.2.2 磁场分析应用案例——电流互感器输出特性计算 (9)2.3.3 电磁场-热耦合分析 (10)一、电力设备仿真分析（CAE）的必要性随着超高压特高压电网的相继投运，电力系统的安全性以及电网的稳定性成为电网运行中关键因素之一。

更高的电压等级、更严格的运行指标对大容量、高性能输配电设备提出了更高的要求。

当前，计算机辅助设计（CAD）技术早已在电力设备制造中成熟运用，然而，对产品性能进行前期计算机仿真分析（CAE）技术还未能广泛应用。

随着电压等级以及性能要求的提高，样品试验的试验成本、试验耗时以及试验困难度（如大电流、高电压）等传统的产品性能验证方式都对设计成功率要求更高，传统的反复试验指导设计的方式已经不可行，因此，计算机辅助分析（CAE）的重要性达到了空前的高度，计算机硬件以及软件技术的飞速发展也使得CAE 成功应用于大规模工程问题成为现实。

电力设备的主要特性可分为电气、机械、温升以及化学等特性，这些特性相互作用，是一个集电、磁、结构、热、流体等于一体的综合的复杂的过程。

ANSYS 公司开发提供的系列仿真分析软件包含电磁、结构、热以及流体的仿真分析模块，可以很好的应用于电力设备的各方面性能仿真分析；其优越的多物理场耦合功能能够分析电力设备的整体综合性能；其优化功能能够为电力设备小型化、性能优化提供最优方案。

高压变电站开关柜温度实时控制仿真研究引言随着电力系统的快速发展，高压变电站作为电力系统的重要组成部分，其运行安全和稳定性变得尤为重要。

在高压变电站中，开关柜是电力系统中最重要的设备之一，其工作状态直接关系到电力系统的运行。

而开关柜的运行温度则是影响其安全可靠运行的关键因素之一。

实时监测和控制开关柜的温度，对于提高高压变电站设备的运行安全性和稳定性非常重要。

本文将针对高压变电站开关柜温度实时控制进行仿真研究，采用先进的控制算法和仿真技术，通过对开关柜温度的实时监测和控制，来提高高压变电站设备的运行效率和安全性。

一、高压变电站开关柜温度的影响因素1.环境温度环境温度是影响开关柜温度的主要因素之一。

在高温环境下，开关柜的散热效果会受到影响，温度会上升，从而影响设备的正常运行。

而在低温环境下，开关柜的散热效果会增强，温度会下降，但也会引起设备的过低运行温度。

2.电流负载电流负载是影响开关柜温度的另一个重要因素。

在高负载状态下，开关柜的电流会增加，导致设备散热不足，温度上升。

而在低负载状态下，开关柜的电流会减少，散热效果增强，温度会下降。

3.设备质量开关柜的质量直接关系到其对温度的承受能力。

好的设备在相同条件下通常会有更好的散热性能和稳定性。

而劣质的设备则容易在高温或高负载状态下出现故障和损坏。

二、高压变电站开关柜温度实时监测系统为了实现对开关柜温度的实时监测和控制，需要建立一个高效的监测系统。

该系统应包括温度传感器、数据采集装置、数据传输和监测中心等部分。

通过温度传感器对开关柜温度进行实时监测，并通过数据采集装置将数据传输至监测中心，实现对开关柜温度的实时监测。

三、高压变电站开关柜温度实时控制算法针对开关柜温度的实时监测，需要建立相应的控制算法，实现对开关柜温度的实时控制。

常用的控制算法包括PID控制算法、模糊控制算法、神经网络控制算法等。

这些算法可以根据实时监测到的开关柜温度和其他环境因素进行计算，并通过控制开关柜的散热系统或负载系统，实现对开关柜温度的实时控制。

电磁场与电路仿真分析一、电磁场仿真分析电磁场仿真分析是指利用计算机对物理场进行数值模拟，以便于对物理现象进行观察、预测和优化设计。

它是电磁学最常用的工具之一，广泛应用于电子、通信、医疗、航空航天和能源等领域。

电磁场仿真分析通常采用三维有限元方法、有限差分法、边界元法等。

其中，三维有限元方法是最常用的方法之一。

它可以对复杂的电磁场进行模拟，其中涉及电场、磁场和电磁波等基本物理问题。

二、电路仿真分析电路仿真分析是指利用计算机对电路进行数值模拟，以便于对电路进行观察、预测和优化设计。

它是电子学最常用的工具之一，广泛应用于电子产品的设计和制造。

电路仿真分析通常采用SPICE软件，也就是模拟电路分析程序。

它可以对电路元件进行建模，并进行模拟计算，以得出电路的各种参数。

通过仿真分析，设计者可以对电路进行快速优化，提高电路的性能、可靠性和可制造性。

三、电磁场与电路仿真分析的结合电磁场与电路仿真分析在某些领域中常常需要结合起来进行。

例如，在射频领域中，设计和测试电路需要同时考虑电路的电和磁特性以及电磁波的传播特性，这就需要进行电磁场和电路仿真的联合分析。

在进行联合分析时，需要将电磁场仿真的结果作为输入，进行电路仿真的参数选取。

在电路仿真中，需要将电路元件进行建模，并将模型参数进行计算，以得出电路的响应。

通过对电路的参数进行分析，可以得到电路的响应特性，从而对电路进行优化设计。

同时，电磁场仿真也需要考虑到电路的特性。

例如，在分析射频传输线时，需要考虑到线路的电容和电感以及信号的传播延迟等，并将这些因素纳入到电磁场仿真模型中，以便于得到更加准确的结果。

四、电磁场与电路仿真分析的应用电磁场与电路仿真分析已经广泛应用于多个领域中。

其中主要包括：1. 通信领域：电磁场与电路仿真分析在通信领域中应用广泛。

例如，在手机、移动设备和无线网络等产品的设计和测试中，都需要进行联合仿真分析，以保证产品的性能和可靠性。

2. 航空航天领域：电磁场仿真在航空航天领域中应用广泛。

功率开关电源电磁辐射的场仿真Field Simulation of Radiation Emission in Switch Power Supply吴睿张敏* 吴琛张欢(同济大学现代集成电磁仿真研发中心，上海 201804)* 通讯作者：min.zhang@摘要：采用CST设计工作室®对一款功率开关电源进行电路行为级仿真，确定其中潜在的电磁干扰源，并通过CST微波工作室®对该电源印制板进行电磁辐射的全波时域仿真。

仿真得到印制电路板板上的电流分布和3m外场强。

比对EMI国际标准，从而给出电磁辐射强度的预估。

关键词：功率开关电源 Buck-Boost电路 电磁辐射Abstract：Potential EMI sources in a switch power supply are investigated using the schematic simulation software – CST DESIGN STUDIO®. The electromagnetic radiation from the PCB is studied with the full-wave transient simulator of CST MICROWA VE STUDIO®. The current distribution on the board and the electric field intensity 3 meters above the board are obtained. EMI estimate is made based on the simulation results according to the international EMI standards.Keywords：Switch power supply Buck-Boost circuit EMI0 引 言随着电子技术的迅速发展，设备小型化和数字化的趋势，开关电源被广泛应用于计算机、通信、自动控制等各个领域。

高压开关柜内部电场仿真及其影响因素分析摘要：开关柜的控制绝缘遮蔽保护等功能都是依靠绝缘结构实现的，然而，长期的运行和检修经验表明，开关柜内部的绝缘事故是导致开关柜运行故障的最主要原因之一。

开关柜的绝缘结构与其内部电场特性有着密切的关系，主要包括电场分布场强大小电场的畸变和集中等，特别是，对于实际的开关柜产品，其具有内部结构复杂，零件尺寸差异大场域边界复杂等特殊性，使得三维电场的有限元剖分和分析求解相对困难在开关柜，尤其是紧凑型开关柜的制造以及检修过程中，通常采用在金属导体外包覆绝缘套触头盒区域的相间增加绝缘隔板或者在触头盒内部加均压环的方式来弥补绝缘间隙不足的问题。

然而改善效果如何，如何做到优化，仍缺乏量化的分析数据作为参考大部分情况下绝缘隔板以及均压环的具体加装方式存在很大的随意性。

关键词：高压开关柜；内部电场；仿真；影响因素；分析1导言随着国家电网的快速发展和高压开关柜的广泛使用，高压开关柜事故也屡见不鲜。

事故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，其中绝缘事故尤为突出。

2高压开关柜2.1简介开关柜具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。

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所。

2.2组成开关柜应满足“交流金属封闭开关设备标准”的有关要求，由柜体和断路器二大部分组成，柜体由壳体、电器元件（包括绝缘件）、各种机构、二次端子及连线等组成。

材料、冷轧钢板或角钢（用于焊接柜）、敷铝锌钢板或镀锌钢板（用于组装柜）、不锈钢板（不导磁性）、铝板（（不导磁性。

2.3柜体的功能单元主母线室（一般主母线布置按“品”字形或“1”字形两种结构。

断路器室、电缆室、继电器和仪表室、柜顶小母线室。

2.4电器元件柜内常用一次电器元件（主回路设备）常见的有如下设备：电流互感器简称CT、电压互感器简称PT、接地开关、避雷器（阻容吸收器）、隔离开关、高压断路器、高压接触器、高压熔断器、变压器、高压带电显示器、绝缘件、高压电抗器、负荷开关、高压单相并联电容器。

高压开关柜内部电场仿真及其影响因素浅述摘要：高压开关柜作为接受和分配电能的重要电力设备，广泛应用于输、配电网的每一个环节，它的安全运行直接关系到整个电网的安全和电力系统对用户的供电质量，是电力系统中最重要的电气设备之一。

随着高压开关柜的小型化、紧凑化发展趋势，开关柜的空间尺寸及其占地面积大大节省的同时也给开关柜的绝缘和结构设计提出了更严苛的要求。

不合理的结构设计和绝缘布置，不仅难以达到预期的绝缘效果，反而可能导致绝缘缺陷进而引发开关柜的运行故障甚至事故。

文中采用由整体到局部的层次化建模方法，应用局部细化、分层剖分的技术手段，建立了某型高压开关柜母线室有限元仿真模型，分析了其电场分布的特点。

在此基础上，分析了在相间不同位置处加装不同厚度的绝缘板、触头盒处加装均压环以及穿墙套内安装屏蔽罩等策略对该区域局部电场分布的影响。

另外，针对因母排搭接而引入螺栓所带来的电场畸变和集中问题，进行了量化分析，获得了便于工程检修中应用的“露牙数”判别依据。

关键词：高压开关柜；有限元法；电场分析；优化1母线室整体建模及电场仿真分析1.1分区域建模和剖分将整个求解域划分为若干个不同区域，根据不同结构件的几何特征分别进行剖分，保证各个区域内结构件的尺寸在同一空间尺度，并且相邻区域的空间尺度相差不大，从而解决了单元数过多容易造成的剖分失败的问题。

其主要包含母排、穿墙套管、及触头盒，空间尺度接近，可见剖分网格尺度差异较小、分布规则，有利于求解。

1.2局部精细化剖分对于导体、绝缘件和气体的交界处，尤其是穿墙套管区域母排与套管间的空气隙、触头盒区域分支母排与静触头导电杆连接处等电场集中区域，进行局部的精细化剖分，提高计算精度。

对环绕带电母线的空气域进行分层处理，对靠近母线的空气域进行局部细化剖分，网格较密。

采用上述方法，对母线室整体模型进行剖分后得到的剖分单元规模为150万个左右。

若直接采用自由剖分方式，则会因网格单元数过多，导致计算机内存溢出、异常终止。

基于ANSYS的一种隔离开关电场仿真分析方法
隔离开关是电力系统中常用的一种保护装置，主要用于断开电源和负载之间的电气连接，以达到隔离和保护的目的。

然而，隔离开关工作时所面临的电场问题，也是需要仔细分析和优化的。

1. 建立模型：首先根据实际情况，建立出隔离开关的三维电场模型。

这里需要注意的是，模型的精度和质量对仿真结果的准确性有很大影响，因此要尽可能详细地考虑各种因素和参数。

2. 导入材料参数：隔离开关的主要材料有空气、绝缘材料和导体等，在建模时需按实际材料参数导入模型中。

需要特别注意的是，绝缘材料的介电常数和介质损耗等参数会影响电场的分布和强度，要进行准确的测试和测量。

3. 定义边界条件：在仿真分析过程中，需要明确定义边界条件，包括电极电势、电荷密度、电流分布等。

这样才能准确模拟实际情况下的电场环境。

4. 运行仿真分析：在设置好模型、材料参数和边界条件等后，进行仿真分析，并获取电场分布图和电势分布图等信息。

根据结果，可以确定隔离开关不同部位的电场强度和分布规律，从而进行优化设计。

5. 分析结果：根据电场仿真分析结果，可以对隔离开关的电气性能进行全面评估。

如若发现某一部位电场强度大、电位分布不均等问题，需要进行相关的构造优化和材料选择调整等。

通过基于ANSYS的隔离开关电场仿真分析方法，可以极大地提高开关设计的精度和质量，减少安全事故的发生率，同时也为电力系统的稳定运行提供了有力的支持。

三维设计在高压变电站工程设计中的应用与分析摘要：电力系统的安全稳定运行在一定程度上能够推动我国社会经济的可持续发展，而高压变电站设计作为电力系统中的重要组成部分，其直接影响着电力系统的安全性和稳定性。

由此可见，在用电量快速增多的新形势下，如何完善电力系统，提高供电质量要求，以满足人们的用电需求，是众多供电企业急需解决的重要问题。

本文在此基础上主要研究了三维设计在高压变电站工程设计中的应用与分析。

关键词：三维设计；高压变电站；应用1三维设计总体计划（1）项目策划项目策划的主要内容有：①确定项目当前阶段开展三维设计的范围和深度，确定各专业三维建模次序，各专业对其他专业的建模框架性技术要求。

制定三维设计工作计划，明确各专业三维模型完成时间、三维集中办公时间、三维模型固化时间等。

②确定布置方案和重要设备控制性尺寸以及可供设计参考的三维模型设计模板，作为各专业三维建模的依据。

③确定协同设计平台上本项目的目录划分。

④其他需要策划的内容。

（2）专业策划各专业开展三维建模工作前，必须召开专业策划会。

策划会由专业主设组织，专工主持。

策划会应形成策划纪要，并由主持人签发，发参会人员并抄送项目三维协调人。

专业策划内容应包括：①根据项目策划的成果与要求，确定项目当前阶段专业三维模型设计的布置方案、建模深度和细节要求、出图要求等。

②制定专业三维设计工作计划。

③分解和落实专业三维设计内容。

④其他专业性策划的内容。

2基于三维设计的全流程方案研究2.1全流程通用性解决方案依托BentleySubstation软件进行数字化三维设计的全流程如下：①通过绘制计算模型简图，自动生成短路阻抗图，进行短路电流计算。

②依据典型模板图库，快速绘制二维电气接线图。

③查找设备型号库，设定过滤参数，进行智能设备选型。

④设定KKS编码规则，进行智能设备编码设计，并关联二维符号与三维模型。

⑤通过间隔参数设置，进行批量设备三维布置。

通过集成导线拉力计算程序，设定导线参数，进行智能导线三维布置。