【精彩论文】光伏变电站用氧化锌避雷器多物理场耦合分析

观点凝练

摘要：针对传统有限元法在多物理场耦合计算过程中存在计算量大、精度过于依赖网格划分的缺陷，以某光伏变电站用220 kV氧化锌避雷器为例，提出一种将有限元法与无网格法结合的温升计算方法。首先，建立了避雷器三维流体场有限元模型，得到流体分布；其次，将对流换热系数作为温度场计算的边界条件，分别采用有限元和无网格法计算额定运行下避雷器温升和避雷器老化故障情况下的温升；最后，与基于传统有限元法耦合计算及实验结果进行对比，在验证了所提方法准确性的同时，还发现其求解速度远高于传统有限元法。
结论：本文提出了一种针对光伏变电站用氧化锌避雷器温升计算的新方法，构造了斜坡函数，将有限元与无网格法结合，综合了2种方法的优点。得出如下主要结论。

（1）描述了无网格-有限元耦合法的基本原理，根据温度场的控制方程，推导出了综合无网格法与有限元的温度场矩阵方程；

（2）用有限元法分别计算避雷器额定和老化工况下的流速和温升分布情况，结果显示，额定运行时，避雷器温度场分布较为均匀，而在老化故障下，氧化锌阀片温升要明显降低；

（3）采用无网格-有限元耦合法分析温度场问题时，不仅能够保障计算精度，还能够极大地提高计算效率。此种方法对配置在光伏变电站内的电气设备数值计算具有一定的参考价值及意义。

引文信息

张天翊, 梁志坚, 朱瑞. 光伏变电站用氧化锌避雷器多物理场耦合分析[J]. 中国电力, 2022, 55(9): 79-87.ZHANG Tianyi, LIANG Zhijian, ZHU Rui. A coupling analysis of multiphysical field for zno surge arrester installed in photovoltaic substation[J]. Electric Power, 2022, 55(9): 79-87.

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编辑：于静茹

校对：杨彪

审核：方彤

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