基于有限元方法的1 000 kV级特高压交流线路耐张串均压环优化设计

特高压输电线路绝缘子串电压分布极不均匀,均压环的优化设计对于改善绝缘子端部场强和改变电压分布具有重要意义。应用三维有限元法分别对1000kV特高压交流线路两联、三联和六联耐张串进行了电场计算,计算中考虑了杆塔、导线对电场分布的影响。通过不同屏蔽深度的均压环对电压分布影响的讨论和4种不同形式均压环的对比,建议1000kV特高压交流线路耐张串采用管径为120mm的跑道环,圆形部分中心径为1000mm,联接距根据绝缘子串中心间距决定,放置在第3、4片绝缘子之间。     

1000kV交流复合绝缘子均压环参数设计

为了将1000kV交流特高压输电线路复合绝缘子沿面电场分布控制在合理的范围内,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,选择使用有限元法进行1000kV交流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立1000kV交流线路带杆塔、导线的全三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场强度的角度出发得到了均压环结构参数的配置方案。三维计算结果表明,安装了均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均可以满足要求,绝缘子沿面电位分布的均匀性也得到了提高。金具可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰均符合国家标准要求。     

1000kV特高压交流复合绝缘子耐张串均压特性研究

交流电压作用下,由于复合绝缘子导线侧和杆塔侧的杂散电容不同,绝缘子的沿串电压分布不均匀。采用三维有限元方法分别计算了特高压交流1 000 kV单回和双回输电线路一字型4联550 kN复合绝缘子耐张串的沿面电位和电场分布,比较了大环屏蔽深度、管径、外径等均压环结构参数对电场分布的影响,给出了均压环的推荐配置方案。结果表明,当中相施加相电压峰值时,各关键部位场强值最大;单回和双回耐张串均压环表面最大场强分别为2.06 kV/mm和1.8 kV/mm,绝缘子伞裙护套表面最大场强分别为0.33 kV/mm和0.31 kV/mm,满足均压环表面场强在峰值下不超过2 kV/mm,复合绝缘子伞裙护套表面场强在有效值下不超过0.4 kV/mm的电场控制要求。     

特高压变电站带跳线V形耐张瓷绝缘子串的均压特性

1000 kV特高压交流试验示范工程变电站内均采用盘形瓷绝缘子串。由于特高压变电站电压等级高,上下层构架复杂,且绝缘子串组装形式多样,导线排布方式各异,导致上下层构架之间以及相与相之间相互均存在一定的影响,因此使得绝缘子串的分布电压和高压侧的电场分布极不均匀,需要对其均压特性进行研究。为此,运用三维有限元法,考虑了跳线、均压环等金具、上下层构架塔之间和三相相互的影响,仿真计算了1000 kV变电站内带跳线V形耐张瓷绝缘子串的电位和电场分布,研究了均压环对其均压特性的影响,并对均压环结构形式和配置参数进行了优化,给出了适用于带跳线V形耐张瓷绝缘子串的均压环配置方案。该研究成果对提高1000 kV交流变电站绝缘子的安全运行可靠性具有重要意义,已经成功应用于我国特高压交流试验示范工程,效果良好。     

500 kV交流线路长棒形瓷绝缘子串均压环优化设计

长棒形瓷绝缘子串金具数量少,沿串电位与电场分布不均,需优化设计其均压环结构。文中基于有限元原理,在Ansys软件中建立长棒形瓷绝缘子串三维仿真模型,分析均压环结构对绝缘子串电位与电场分布的影响,得到均压环最优结构参数。仿真结果表明:500 kV交流线路长棒形瓷绝缘子串均压环最优参数为,罩深300 mm,环径1 000 mm,管径125 mm;均压环表面最大场强可降至743.77 kV/m;3节绝缘子的整体分压比由2:1:1改善为约1.4:1:1。优化后的均压环明显改善了绝缘子串电位与电场分布,有利于绝缘子串长期运行安全。     

特高压交流输电线路瓷绝缘子串电位和均压环电场分布计算模型的简化

特高压交流输电线路绝缘子串电位和均压环表面电场分布计算有限元模型具有模型尺寸大、结构复杂、媒质种类多的特点。为保证计算精度,需全面分析相关因素的影响,以合理简化计算模型,提高计算效率。该文建立了特高压交流输电线路瓷绝缘子串的三维静电场有限元全模型和简化模型,全面分析了杆塔、导线、连接金具、联板及相间作用等因素对电位和电场分布的影响,最后验证模型简化的合理性。全模型和简化模型计算结果对比表明,将三相导线控制在一定长度、对杆塔合理简化、省略联板和金具并且只建立单相绝缘子串模型的简化方法可行,用简化模型代替完整模型进行绝缘子串电位和均压环表面电场分布的分析能够减小计算规模,提高绝缘子串和均压环参数优化配置分析效率。     

750kV输电线路悬式绝缘子的均压特性

沿绝缘子串电位分布不均匀,改善输电线路绝缘子串电位分布对绝缘子的设计及运行、维护特别重要。为更好地控制绝缘子串电位、电场分布,基于有限元方法考虑铁塔、分裂导线、避雷线等因素的影响,建立了750kV输电线路绝缘子串三维电场计算模型,从而计算得到了沿绝缘子串的电位分布曲线。通过分析讨论不同均压环上抗位置、环径、管径对绝缘子串电位、电场分布的影响,进而确定合理的均压环结构参数。结果表明,仿真计算时分裂导线、铁塔的影响不可忽略;均压环结构参数优化后,单片绝缘子最大承受电压及均压环表面最大电场均得到了改善,沿绝缘子串电位分布更为均匀。     

高海拔地区超高压线路均压环配置研究

为研究高海拔地区输电线路的电晕问题,建立了三维静电场有限元简化模型,对悬垂瓷绝缘子串的电压分布和均压环表面的电场分布进行了计算,分析均压环管径、环径和安装位置对均压环表面最大场强和绝缘子串电压分布的影响。在此基础上,建立500 kV酒杯塔输电线路1∶1模型进行均压环配置研究,结果表明环直径600 mm,管径60 mm的均压环满足4 000 m高海拔地区金具防晕降噪要求。     

1000kV输电线路绝缘子串的均压屏蔽技术

1 000 kV交流特高压输电线路电压较高,需要对绝缘子串进行均压和屏蔽以保证线路能安全稳定运行,为此,应用有限元法对1 000 kV交流特高压输电线路各种典型绝缘子串型的电压分布进行了计算。计算考虑了均压环的管径、环径和安装位置对绝缘子串电压分布的影响;进行了绝缘子串型的电压分布、电晕和无线电干扰等真型试验,并对有限元计算结果和试验结果进行了比较。结果表明,当均压环安装在高压侧第2片和3片绝缘子之间、均压环管径为120 mm时,均压效果较好;管径为120 mm的屏蔽环对高压侧金具具有良好的屏蔽作用,在要求的电压值下绝缘子串未产生可见电晕,无线电干扰值<60 dB,且屏蔽环可改善绝缘子串的电压分布;有限元计算结果和试验结果较为吻合,可以指导均压环和屏蔽环的设计。     

1000kV级特高压交流线路绝缘子串电位分布计算和均压环设计

特高压交流线路绝缘子串的电位分布极不均匀,这将影响绝缘子和线路的安全运行,如何设计合理的均压环,改善绝缘子串电位分布,具有重要的工程意义。应用有限元法可以对特高压绝缘子串单悬垂串下的电场分布进行三维的数值计算,综合考虑杆塔、导线等因素,针对悬垂串不同的均压环设计尺寸和放置位置分布进行对比计算。对均压环的优化设计表明,均压环管径取120mm,环体距绝缘子串中心距离取500mm,布置位置为屏蔽3片绝缘子时,均压效果相对较好。计算结果表明,增加均压环后各个串型的电场分布明显改善,单片绝缘子最大承受电压为4.7%。     

1000kV交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计

1 000kV复合绝缘子的结构特点导致了其电位分布很不均匀,高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表面发生电晕放电,如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得到改善,对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于ANSYS有限元软件建立1 000kV复合绝缘子的三维模型,计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分布和电压分布,具体分析了大小均压环的位置、环径、管径对复合绝缘子沿面电场强度的影响,并确定均压环的最佳位置和结构参数。计算结果表明,有均压环时均压环表面,高压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。     

330 kV带均压环的棒形悬式复合绝缘子电场有限元分析

采用ANSYS有限元软件对装有几种不同规格均压环的330kV棒形悬式复合绝缘子进行了电场有限元计算,得出了均压环的位置和尺寸与电场分布的关系。与实际测量结果的比较说明,采用的建模手段和求解方法是有效的。     

塔头复合绝缘子均压环优化配置分析

为优化分析复合绝缘子串均压环的配置,针对输电铁塔塔窗结构的特点,使用模拟电荷法和间接边界元相结合的电磁场混合方法,以某紧缩型330 kV输电铁塔为例,分析了悬于其上的复合绝缘子高压端电场强度受均压环的影响规律及均压环表面电场强度的变化规律。分析结果表明:增加均压环管径和减小环径可减小复合绝缘子高压端端部和均压环表面的最大电场强度,而绝缘子高压端端部最大电场强度随均压深度的增加先减小后增加。     

基于矩量法和蝴蝶交配优化算法的甚低频发射天线顶线绝缘子均压环优化设计

针对甚低频发射天线顶线绝缘子串电压分布不均匀极易产生电晕的问题,采用矩量法(method of moments,MOM)研究了不同均压环管径、半径、抬高距以及绝缘子串配置位置对瓷支柱绝缘子串电压分布的影响,提出了一种应用矩量法和蝴蝶交配优化算法(butterfly mating optimization,BMO)协同优化顶线绝缘子串均压环的新方法。该方法首先建立顶线绝缘子串MOM天线优化模型;然后,提取仿真得到的分压和天线效率并计算目标函数;利用BMO迭代得到顶线绝缘子相对位置和均压环结构参数。仿真结果表明:顶线绝缘子高压侧的均压环半径和抬高距对绝缘子电压分布影响较大,低压侧配置均压环可以使顶线绝缘子串末端绝缘子的分压降低44.5%;与优化前实测值相比,优化后顶线绝缘子串的电压百分比均方差降低了2.17%,均压环最大表面电场小于起晕电场,天线辐射效率提升1.5%。     

棒形悬式复合绝缘子电场计算和优化

使用ANSYS有限元分析软件对330kV棒形悬式复合绝缘子进行三维计算分析,讨论了导线、铁塔和均压环对绝缘子(I型)沿面场强分布的影响。运用随机搜索法的优化技术对均压环的环径、管径和环的抬高距进行了优化计算。得出高压导线的存在使棒形悬式绝缘子电场均匀化,铁塔对侧相的绝缘子电位分布影响最小,选择合适的均压环尺寸(抬高距、管径和环径)可以有效地降低棒形悬式绝缘子端部芯棒和护套所承受的场强的结论。     

±800 kV特高压直流线路均压环优化研究

采用三维有限元方法对 ±800 kV特高压直流输电线路绝缘子串进行电场计算,比较不同外径、不同管径、不同安装位置的均压环对绝缘子串的电压分布和电场分布特性的影响,给出均压环合理结构尺寸和安装位置。然后通过球隙法测量 ±800 kV特高压直流输电工程绝缘子串的电压分布,试验结果与有限元计算结果一致。该文的研究成果对指导±800 kV特高压直流输电工程均压环的优化配置具有重要意义。     

合成回路用高压电抗器过电压分析及电场仿真

高压电抗器在合成回路中为开断电流后的断路器提供恢复电压,断路器动作导致电路参数的瞬时变化,使电路中的电流和电压波形在高压电抗器和电容元件之间产生振荡,由此产生的过电压将威胁合成回路的安全运行。笔者根据试验单位提供的合成回路及具体运行工况,利用PSCAD对其运行回路进行电路仿真,得到相应的电流和电压波形,并以此为边界条件,利用ANSYS对高压电抗器进行仿真得到空间电场强度,并提出合适的结构参数来改善电抗器局部电场分布。结果表明:电路仿真在考虑电抗器杂散电容后,电流和电压波形出现极大振荡,此时电抗器两端的电压峰值可作为仿真边界条件。由电场仿真结果可知,电场强度的分布与电抗器的结构布置和对地电位有关,并以对地电位最大的电抗器两端的电场强度最明显,且主要集中在均压环处。通过选择合适的均压环尺寸,可以有效地降低该处电场强度。     

特高压变电站中带跳线Ⅱ形耐张瓷绝缘子串的均压特性

由于电压等级高,组装形式多样,受上下层构架塔、相间、导线及跳线等的影响,1 000 kV变电站内盘形瓷绝缘子串的分布电压和高压侧的电场分布很不均匀,需要对其均压特性进行研究。运用三维有限元法,考虑构架塔、导线、跳线、金具及相间等的影响,仿真计算1 000 kV特高压变电站采用的带跳线Ⅱ形耐张绝缘子串的电位和电场分布,研究均压环对其分布电压的影响,比较位于不同位置的绝缘子串的电位和电场分布差异,并通过优化最终给出适用于带跳线Ⅱ形耐张瓷绝缘子串的均压环配置方案。所得研究成果对于提高特高压变电站绝缘子的安全运行可靠性,改善特高压变电站内外的电磁环境具有重要意义,已经成功应用于我国特高压交流试验示范工程,经现场观测,运行效果良好。