环网柜温升模拟的比较研究

环网柜是一组安装在钢制金属柜中或由组装成间隔的环网供电装置的电气设备。负载开关和导电电路的整体结构由导电电路组成，导电电路包括许多组件，构成了环形单元的主芯。然而，由于其紧凑的内部结构，环形主机在散热方面面临挑战。在高温环境中长时间运行时，这会导致热变形和老化。这些问题不仅影响设备的使用寿命，还会影响其绝缘性能，带来安全风险。特别是，设备损坏和电气事故的可能性变得更大，构成重大的安全隐患。

在不同的研究领域内，学者们对架空线路开关柜的温升进行了一系列研究，并分析了影响温度分布的各种因素¹。在 Polykrati 等人 ² 中，提出了一个数学模型，用于估计短路故障期间安装在配电网络上的组件的温升。将模型应用于电网的常用隔离开关，根据短路电流波形不对称部分的不同形式和短路直流电流分量的初始值，绘制结果特性。另一方面，Guan 等人通过构建等效接触桥来模拟接触界面，从而考虑了接触电阻和电磁排斥，并进一步分析了电磁-热耦合场和温升实验³。此外，研究人员通过有限元仿真研究了环形主机内部动、静触点的温度场和热应力分布，为断路器寿命⁴ 的研究提供了基础。最后，Mueller 等人专注于散热器的几何特性，并评估了材料选择、总表面积、温度均匀性和最高表面温度对热性能的影响⁵。这些研究为提高开关设备的性能和可靠性、减少温升和延长设备寿命提供了宝贵的见解和方法。Wang 等人在 UPIOT 环境中提出了一种 MiNET 深度学习模型 （MDLM），目的是检测电气环柜的故障诊断，经验证具有 99.1% 的识别准确率，明显高于其他方法⁶。Lei 等人使用磁-流体-热耦合分析方法研究了 GIS 母线排在稳态下的热性能，从而根据温升模拟结果优化了导体和槽直径⁷。Ouerdani 等人使用 RMU 温升仿真模型来确定其内部关键位置的温升，从而相应地固定 RMU 内部组件的最大过载持续时间⁸。Zheng 等人通过构建二维模型并应用有限元法 （FEM） 进行电磁场计算，描述了大电流开关设备模型中的常规矩形母线排。它使他们能够获得母线导体电流密度和功率损耗的分布。在考虑了邻近效应和集肤效应的影响后，设计了不规则母线排。这种不规则的母线设计提高了传统矩形母线⁹ 的性能。

关于使用 icepak 模拟方面，Wang 等人通过涡场、气流场和温度场理论进行了温升模拟，发现在自然对流下环网柜的温升更为严重。他们通过添加强制空气冷却和改进内部接触结构成功地降低了温升水平¹⁰。Zhu et ^al.11 使用 icepak 模拟热模型，以比较 PCB 上热通孔的存在和散热器的存在对功率器件温度的影响。最后，将理论分析结果与仿真结果进行比较，验证理论分析的正确性。毛 et ^al.12 通过在 icepak 模拟中基于 CAE 软件的热模拟研究了夏季运行条件下的温度和内部气流分布。给出了如何提高冷却效率和控制多个镀银触点的温升的问题，仿真中捕获的温度和内部气流轮廓将为安装在密封单元中的六个镀银触点的冷却方案设计奠定基础。相反，在使用稳态热模块时，Zhang¹³ 讨论了使用替代瞬态程序求解高压套管热网络的建模方法。测试和仿真结果与衬套的热稳态和瞬态状态非常吻合。然后使用瞬态结果来评估套管过载能力。Vaimann 等人¹⁴ 开发并分析了同步磁阻电机的解析热模型，用于预测其不同组件的温度和设定的总参数热网络。

随着对环网柜等电气设备研究的不断推进，常规的温升测试和生产方法效率相对较低。因此，通过将有限元技术与离线测试相结合，不仅可以解决设计成本问题，还可以根据仿真及时对实际问题进行调整和优化。基于上述研究进展，很少提及使用 ANSYS Icepak 和稳态热耦合进行比较分析。因此，该协议描述了有限元的机理研究，采用数值和形态学的组合建立了外壳的有限元温升仿真模型，并通过比较两个仿真模块的结果，基于两个解析模块的结果讨论了有限元温升仿真模型。通过两个仿真模块的对比，得到环网柜温升趋势的特点，找到最适用的方法，从而为缓解环网柜温升的策略提供必要的依据和研究思路。