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12kV固体绝缘开关柜作为中压开关设备的一员,是输配电系统中的重要组成部分。输电系统的供电质量受固体绝缘开关柜运行可靠性的影响,而固体绝缘开关柜运行的可靠性又受其耐热性能与绝缘性能的约束。如何预防固体柜因过热造成的器件老化、机械强度下降和因绝缘裕度过低导致间隙击穿等问题已成为固体柜的研究关键点。本文对某12kV固体绝缘开关柜进行数学建模,通过有限元分析软件对该型柜体稳态工况下的温度场与气流场分布进行了仿真计算与分析,然后计算了该型柜体主回路模块的静电场分布并对局部区域进行优化,使其满足绝缘设计的要求。最后对新型2500A大电流固体绝缘开关柜进行温度分布研究与优化,为固体绝缘开关柜的热设计提供了理论分析依据。具体内容包括以下几个部分:1、建立12kV固体绝缘开关柜的模型,运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件及基本传热学理论,在考虑交流电集肤效应、导体接触电阻、温升试验连接母排等因素的影响下,对额定电流为1250A的三维整柜模型进行温度场仿真计算与分析。参照国家标准的中压开关设备温升试验要求对样机进行温升试验,利用热电偶测量并记录载流回路导体各关键点温升情况。在此基础上与仿真结果进行数据对比,误差维持在0.8%~9.2%范围以内,表明了所运用的温度场仿真计算方法的准确性与实用性,可为相关固体绝缘开关产品的热设计提供参考。2、建立12kV固体绝缘开关柜主回路模块的模型,运用有限元软件ANSYS Maxwell对其进行三维静电场仿真计算与分析。通过增大绝缘拉杆圆角和加长屏蔽网长度的方式对主回路模块局部场强过高的区域进行优化,改善了周围的场强分布。通过对样机进行局部放电、工频与冲击耐压试验,验证了优化方案的有效性。3、运用上述热分析研究方法,分析了新型2500A大电流固体绝缘开关柜的内部温度场与气流场分布情况,提出了内部结构与绝缘材料性能改善两方面的温升优化方案。内部结构的改善增加了整体的进出气通道,助增了柜内各室之间气流的交换流动。绝缘材料性能的改善提升了导体的热传导效率,有效地降低了柜内的整体温度,可为同类型产品的散热优化提供参考帮助。