ANSYS在电力行业的分析应用

ANSYS在电力行业的分析应用

马开春

马开春

（广州白云电器设备股份有限公司广东广州510000）

摘要：本文主要介绍了大型分析软件ANSYS在电力行业的应用，包括零件静力场形变及应力的校核，绝缘子电场和压降情况的分析，最后主要分析介绍了母线安装板的涡流损耗情况，以准确的数据量化现场的各种问题。

关键词：ANSYS；应力；静电场；电磁场；涡流损耗；

1引言

ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA）软件,是世界范围内增长最快的计算机辅助工程（CAE）软件，能与多数计算机辅助设计（CAD）软件接口，实现数据共享和交换。ANSYS软件功能强大，不仅可以在结构场，温度场，电磁场，流体场单独分析，还可以做多物理场耦合分析，因此可以很好的解决电力行业的很多问题，包括结构问题、绝缘问题，温升问题以及涡流损耗问题等。

2ANSYS在结构场分析的应用

2.1问题的产生

断路器是电柜的主要元件，其主要作用是开断和关合电流。断路器结构比较复杂，质量高达几百千克。导轨是用来承载断路器的，为保证断路器工作的稳定性，就需要对导轨的受力及变形量进行分析，看其是否满足最大形变量小于1mm的要求。

将导轨的模型、材料（铝合金），受力约束导入ANSYS软件分析，计算结果如下：

由分析可知，最大变形量为0.6mm，小于1mm，在弹性变形的范围内，导轨不会发生不可恢复的塑性变形，满足设计要求。

3ANSYS在静电场分析的应用

3.1静电场分析的应用场合

ANSYS静电场分析用以确定由电荷分布或外加电动势所产生的电场和电压分布，通过分析出的静电场和和各个截面的压降情况，结合电力行业的绝缘标准，判断产品的绝缘性能是否达到要求。

3.2GIS绝缘子的静电分析

GIS开关设备电压等级高达110KV以上，其绝缘性能相当关键。如果绝缘性能达不到，将会对国家和个人的生命财产安全带来很大威胁。本节将对承载高压母线的绝缘子做静电分析，分析其静电场和电压分布情况。

静电绝缘子的结构如下图所示：

中部的三个凸起为高压母线，镶嵌在绝缘子里。绝缘子不仅仅起到绝缘作用，还对三个母线起到固定和支撑作用，能够克服带负载母线的相互作用力。

分析过程主要包括以下几个步骤：模型导入，材料的定义，网格的划分，载荷的添加，最后分析处理得出结论。分析结果如下图所示：

由结果云图可知：最大的场强位于和高压母线接触的部分，大小为1.0206e7v/m。根据绝缘子材料的特性及分析结果，可判断出静电绝缘子设计的合理性。

4ANSYS在电磁场分析的应用

4.1涡流损耗的定义和危害

涡流的产生是一种电磁效应。

闭合回路导体在非均匀磁场中运动或处在随时间变化的磁场中时，由于闭合回路内磁通量的变化而产生感应电流，感应电流产生的能量损耗就是涡流损耗，此感应电流就是涡流。

根据能量守恒定律，涡流损耗的能量是由部分系统电量转化而来，这就会带来系统功率的损耗。涡流损耗的电能最终会转换成热能，增大设备的温升效应，应尽量减少涡流损耗。

4.2穿墙套管安装板的涡流损耗分析

4.2.1Maxwell16.03D简介

Maxwell软件是ANSOFT公司研发的电磁分析软件，自从ANSOFT公司被ANSYS公司收购了以后，Maxwell就作为一个模块存在于ANSYS软件中。本节将采用Maxwell模块进行涡流分析。

4.2.2涡流分析步骤

分析验证穿墙套管安装板取三种不同材料（钢板，铝板，不锈钢板）时的涡流情况，通过积分可以求出涡流的功率大小。

如上图中的铜母线穿墙设计结构，经过分析可知整个安装板的涡流功率的积分值为：钢板94W，铝板0.001528W，不锈钢板0.00004442W。当材料为铝板或不锈钢板时，涡流的大小都非常小，可以忽略。

5结束语

ANSYS作为国际上常用大型分析软件，已被广泛地应用于电力行业中。现代电力设备设计，应充分利用其强大的功能，科学地分析设备出现问题的原因，将问题量化，通过数据指导设计工作，将对产品的优化设计改良起到积极作用。

参考文献

[1]翁双安.供配电工程设计指导[M].北京:机械工业出版社,2012,(6).