作者：冀立鹏¹, 甄利², 刘宏亮³, 董驰³, 刘保凯¹, 贾冬明¹

作者单位：1. 国网河北省电力有限公司邢台供电分公司，河北 邢台 054001;
2. 国网河北省电力公司，河北 石家庄 050021;
3. 国网河北省电力有限公司电力科学研究院，河北 石家庄 050000

关键词：磁场-温度场耦合;梅花触头;有限元法;导电桥

摘要：

为避免因梅花触头过热而引发电力系统中一系列的安全问题，该文基于磁场-温度场耦合原理进行高压开关柜梅花触头的有限元数值计算。首先建立梅花触头的三维结构模型，并通过导电桥模型来模拟触指与导体之间的接触模式；然后分别进行正常情况下的稳态磁-热耦合仿真和短路情况下的暂态磁-热耦合仿真；最终得到1250 A额定电流以及不同短路电流下的温度分布情况。结果表明：1250 A额定电流下梅花触头的触指部位的温度为51.93 ℃；当梅花触头发生短路故障时，30 kA/15 s短路电流下梅花触头的触指部位的温度为236.86 ℃；随着暂态时间的持续增大，梅花触头的本体温度和触指温度不断升高。该梅花触头的磁场-温度场耦合三维仿真模型及仿真结果对梅花触头的温度监测和故障防护具有一定的参考意义。

Finite element numerical calculation of butt contact in high voltage switchgear based on magnetic-temperature field coupling
JI Lipeng¹, ZHEN Li², LIU Hongliang³, DONG Chi³, LIU Baokai¹, JIA Dongming¹
1. Xingtai Power Supply Branch of State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd., Xingtai 054001, China;
2. State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd., Shijiazhuang 050021, China;
3. Electric Power Research Institute, State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd., Shijiazhuang 050000, China
Abstract: In order to avoid a series of safety problems in the power system caused by the overheating of the butt contact, this paper performs the finite element numerical calculation of the butt contact in high voltage switchgear based on the principle of magnetic-temperature field coupling. Firstly, the three-dimensional structure model of the plum blossom contact is established, and the contact mode between the contact finger and the conductor is simulated by the conductive bridge model. Then, the steady-state magnetic-thermal coupling simulation under normal condition and the transient magnetic-thermal coupling simulation under short circuit condition are performed respectively. Finally, the temperature distribution of 1250 A rated current and different short circuit current is obtained. The results show that the temperature of the contact finger part of the butt contact is 51.93 ℃ at a rated current of 1250 A. When a short-circuit fault occurs in the butt contact, the temperature of the contact finger part of the butt contact under a short-circuit current of 30 kA/15 s is 236.86 ℃. With the increase of transient time, the temperature of butt contact body and contact finger increases continuously. The three-dimensional simulation model of the magnetic-temperature field coupling of the butt contact and the simulation results are of certain reference significance to the temperature monitoring and fault protection of the butt contact.
Keywords: magnetic-temperature field coupling;butt contact;finite element method;conductive bridge
2022, 48(6):8-12  收稿日期: 2021-04-21;收到修改稿日期: 2021-06-04
基金项目: 国网河北省电力有限公司科技项目（5204XT180634）
作者简介: 冀立鹏（1983-）, 男，河北张家口市人，高级工程师，研究方向为变电设备检修技术研究
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