开关柜断路器触头温度测算方法、系统、设备及介质与流程

本技术涉及开关柜断路器，尤其涉及一种开关柜断路器触头温度测算方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、电能需求量日益增加，开关柜数量众多，真空断路器作为核心元件，触头由于运行状态不良而导致温度过高被烧毁的事件也时有发生，一旦运行特性偏离允许范围，就会直接影响开关柜整体运行的安全稳定性，因此了解并掌握其温度分布规律并对其热点温度进行监测研究，对避免灭弧室因热故障而导致的性能破坏具有重要工程实际意义。

2、真空灭弧室内的动静触头作为开关柜的关键部位之一，但由于kyn系列开关柜的真空泡被包裹于固封极柱内，而动静触头位于真空泡内部，因此其灭弧室温度无法直接测得。为研究方便，在进行温升试验时，现有技术通常将温度传感器置于距离触头较近的极柱表面，并以此作为触头实测温度。但由于受热传递过程和环境温度影响，极柱表面温度往往并不能准确反映触头真实温度，导致此等效方法误差通常较大。由于灭弧室触头是除手车开关上、下梅花触头外另一热故障易发区，因其处于绝对封闭环境，散热条件差，若发生热故障，极有可能引起灭弧室爆炸。因此，亟需一种开关柜断路器触头温度测算方法、系统、设备及介质，以解决现有方案通常将温度传感器置于距离触头较近的极柱表面，但由于受热传递过程和环境温度影响，极柱表面温度往往并不能准确反映触头真实温度的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述不足，本技术提供一种开关柜断路器触头温度测算方法、系统、设备及介质，以解决现有技术通常将温度传感器置于距离触头较近的极柱表面，但由于受热传递过程和环境温度影响，极柱表面温度往往并不能准确反映触头真实温度的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种开关柜断路器触头温度测算方法，方法包括：获取开关柜对应固封极柱内部的仿真模型；其中，仿真模型中的部件至少包括：动静导电杆、动静盖板、动静触头、动静触头片、接触电阻、屏蔽罩、瓷柱、固封极柱；获取各个部件的材料电磁属性参数；将仿真模型导入电磁仿真软件中，选择涡流场求解器，并配置各个部件的材料电磁属性参数；其中，材料电磁属性参数至少包括：材料名称、相对介电常数、电导率、相对磁导率，且接触电阻与动静触头片的材料电磁属性参数一致；基于预设触头压力和材料电磁属性参数，确定接触电阻对应的电阻参数数据；其中，电阻参数数据至少包括：接触电阻等效接触半径、接触电阻值和接触电阻的长度；将电阻参数数据、预设激励源和预设边界条件添加至电磁仿真软件中，进而对仿真模型求解，获得各个部件产生的欧姆损耗值；获取各个部件对应材料的热属性参数；选择电磁仿真软件中的热仿真模块，配置各个部件对应材料的热属性参数，将欧姆损耗值作为体积热源载荷耦合到热仿真模块对应的温度场中，设置环境温度为预设初始温度，基于预设初始温度设置各个部件对应的外表面对流换热系数，进而仿真获得仿真模型中各个部件的具体升温值；其中，热属性参数至少包括材料密度、稳压热容、导热系数，且固封极柱外表面对流换热系数大于其他部件的对流换热系数。

3、进一步地，基于预设触头压力和材料电磁属性参数，确定接触电阻对应的电阻参数数据，具体包括：基于材料电磁属性参数中的材料名称，确定材料对应的布氏硬度、电阻率、预设k值。

4、通过公式：，计算获得接触电阻等效接触半径；其中，f表示预设触头压力，单位为n；h表示材料的布氏硬度，单位为n/mm2；ξ表示预设修正参数。

5、通过公式：，计算获得接触电阻值r；其中，k表示预设k值，m表示预设常数，且m的具体数值与动静触头片之间的接触形式存在预设对应关系。

6、通过公式：，计算获得接触电阻的长度l；其中，s表示导体横截面积，，ρ表示电阻率。

7、进一步地，预设激励源至少包括电流值和电流频率，预设边界条件至少包括设置涡流场求解器强制磁场强度h连续；将电阻参数数据、预设激励源和预设边界条件添加至电磁仿真软件中，进而对仿真模型求解，获得各个部件产生的欧姆损耗值，具体包括：将电阻参数数据添加至电磁仿真软件中；基于预设激励源，在涡流场中加载预设激励源中预设电流值的电流作为激励，并将电流频率设置为预设激励源中的预设电流频率；基于预设边界条件，在边界处，涡流场求解器磁场强度h连续，使仿真模型中产生连续的磁场解；计算通电导体部分的集肤深度，并根据一个透入深度内至少需要两层网格的原则设置涡流区域网格，利用场计算器对各部件的欧姆功率损耗进行体积分后得到各部件对应的欧姆损耗值。

8、进一步地，将欧姆损耗值作为体积热源载荷耦合到热仿真模块对应的温度场中，设置环境温度为预设初始温度，基于预设初始温度设置各个部件对应的外表面对流换热系数，进而仿真获得仿真模型中各个部件的具体升温值，具体包括：将欧姆损耗值作为热源导入到温度场中，设置环境温度为预设初始温度，设置各个部件对应的外表面对流换热系数，并采用四面体自由剖分与扫略相结合的方法划分网格，完成划分网格后，对整体仿真模型进行温升求解。

9、第二方面，本技术提供了一种开关柜断路器触头温度测算系统，系统包括：模型获取模块，用于获取开关柜对应固封极柱内部的仿真模型；其中，仿真模型中的部件至少包括：动静导电杆、动静盖板、动静触头、动静触头片、接触电阻、屏蔽罩、瓷柱、固封极柱；电磁配置模块，用于获取各个部件的材料电磁属性参数；将仿真模型导入电磁仿真软件中，选择涡流场求解器，并配置各个部件的材料电磁属性参数；其中，材料电磁属性参数至少包括：材料名称、相对介电常数、电导率、相对磁导率，且接触电阻与动静触头片的材料电磁属性参数一致；参数确定模块，用于基于预设触头压力和材料电磁属性参数，确定接触电阻对应的电阻参数数据；其中，电阻参数数据至少包括：接触电阻等效接触半径、接触电阻值和接触电阻的长度；欧姆损耗确定模块，用于将电阻参数数据、预设激励源和预设边界条件添加至电磁仿真软件中，进而对仿真模型求解，获得各个部件产生的欧姆损耗值；升温值确定模块，用于选择电磁仿真软件中的热仿真模块，设置各个部件对应材料的热属性参数，将欧姆损耗值作为体积热源载荷耦合到热仿真模块对应的温度场中，设置环境温度为预设初始温度，基于预设初始温度设置各个部件对应的外表面对流换热系数，进而仿真获得仿真模型中各个部件的具体升温值；其中，热属性参数至少包括材料密度、稳压热容、导热系数，且固封极柱外表面对流换热系数大于其他部件的对流换热系数。

10、进一步地，参数确定模块包括参数计算单元，用于基于材料电磁属性参数中的材料名称，确定材料对应的布氏硬度、电阻率、预设k值。

11、通过公式：，计算获得接触电阻等效接触半径；其中，f表示预设触头压力，单位为n；h表示材料的布氏硬度，单位为n/mm2；ξ表示预设修正参数。

12、通过公式：，计算获得接触电阻值r；其中，k表示预设k值，m表示预设常数，且m的具体数值与动静触头片之间的接触形式存在预设对应关系。

13、通过公式：，计算获得接触电阻的长度l；其中，s表示导体横截面积，，ρ表示电阻率。

14、进一步地，预设激励源至少包括电流值和电流频率，预设边界条件至少包括设置涡流场求解器强制磁场强度h连续；欧姆损耗确定模块包括欧姆损耗确定单元，用于将电阻参数数据添加至电磁仿真软件中；基于预设激励源，在涡流场中加载预设激励源中预设电流值的电流作为激励，并将电流频率设置为预设激励源中的预设电流频率；基于预设边界条件，在边界处，涡流场求解器磁场强度h连续，使仿真模型中产生连续的磁场解；计算通电导体部分的集肤深度，并根据一个透入深度内至少需要两层网格的原则设置涡流区域网格，利用场计算器对各部件的欧姆功率损耗进行体积分后得到各部件对应的欧姆损耗值。

15、进一步地，升温值确定模块包括升温值确定单元，用于将欧姆损耗值作为热源导入到温度场中，设置环境温度为预设初始温度，设置各个部件对应的外表面对流换热系数，并采用四面体自由剖分与扫略相结合的方法划分网格，完成划分网格后，对整体仿真模型进行温升求解。

16、第三方面，本技术提供了一种开关柜断路器触头温度测算设备，设备包括：处理器；以及存储器，其上存储有可执行代码，当可执行代码被执行时，使得处理器执行如上述任一项的一种开关柜断路器触头温度测算方法。

17、第四方面，本技术提供了一种非易失性计算机存储介质，其上存储有计算机指令，计算机指令在被执行时实现如上述任一项的一种开关柜断路器触头温度测算方法。

18、本领域技术人员能够理解的是，本技术至少具有如下有益效果：

19、本技术提供一种开关柜断路器触头温度测算方法、系统、设备及介质，通过获取开关柜对应固封极柱内部的仿真模型，进而利用电磁仿真软件对该模型进行电磁-温度多物理场耦合分析。其中，断路器触头闭合时会受到由其操动机构中弹簧的弹性形变引起的触头压力，而在实际情况中，动触头与静触头的接触面并非为光滑平面，因此回路电流流经该截面时仅能通过有限的电接触面积来实现流通，这势必会对电流的正常流通产生一定的阻碍作用，而工程上通常将这种现象认定为在接触部位产生了一定阻值的接触电阻。基于此，本技术通过预设触头压力和材料电磁属性参数，进而在两触头片间模拟动静触头间由触头压力而产生的接触电阻。

20、另外，热量的传递有传导、对流和辐射三种方式，而根据研究可知，辐射传热形式对开关柜整体温升影响很小，因此仅对传导、对流两种传热形式进行仿真模拟。而由于真空灭弧室内部处于真空封闭状态，几乎无空气流通，因此本技术仅考虑热传导的散热形式。配置各个部件对应材料的热属性参数，将欧姆损耗值作为体积热源载荷耦合到热仿真模块对应的温度场中，设置环境温度为预设初始温度，由于固封极柱外表面直接暴露于空气中，因此该面所定义的对流换热系数值应均稍大于其它各面。对模型温度进行求解，即可得到特定情况下的具体温升。

21、综上，本技术通过上述方法将仿真模型导入电磁仿真软件，利用电磁仿真软件对该模型进行电磁-温度多物理场耦合分析，拟合得到特定情况下的具体温升。解决了现有技术通常将温度传感器置于距离触头较近的极柱表面，但由于受热传递过程和环境温度影响，极柱表面温度往往并不能准确反映触头真实温度的问题。