±1100 kV特高压换流站支柱绝缘子屏蔽球参数优化设计

屏蔽金具是特高压换流站设备重要组成部分,其表面电场控制对换流站设备的正常运行有着至关重要的意义。为了实现±1 100 kV特高压换流站支柱绝缘子屏蔽金具的表面电场控制,以支柱绝缘子屏蔽球为研究对象,建立了3D有限元模型,采用静电场代替瞬态场计算获得屏蔽金具在操作冲击过电压下的表面电场分布,并讨论了屏蔽球形状、开孔倒角尺寸、开孔深度、倾斜角度等因素对冲击电压下金具表面电场分布的影响。计算结果表明:提出的"鼓形"金具设计方案,在冲击电压下可将表面最大场强控制在21 kV/cm以下,安全裕度较大;屏蔽球采用100 mm以上开孔倒角半径可有效降低底部电场强度。此外,适当降低开孔深度、减小倾斜角度也有益于控制屏蔽球底部场强。该研究成果为±1 100 kV换流站支柱绝缘子屏蔽金具的设计与安装提供了参考。     

±800kV特高压换流站阀厅金具防晕设计尺寸研究

起晕场强是阀厅金具电晕控制的重要依据,针对±800 kV特高压换流站阀厅金具防晕设计裕度过大问题,在海拔高度分别为50 m和4300 m的试验室开展了管母线和屏蔽球的起晕电压试验。利用起晕电压试验、Peek公式和Ansys三维电场仿真计算结果,给出了±800 kV阀厅不同类型金具的防晕最小设计尺寸,并在此基础上提出了阀厅金具表面场强控制建议。建议±800 kV阀厅管形金具等效管径不小于150 mm、球形金具等效球径不小于800 mm、边缘倒角曲率半径不小于30 mm。提出±800 kV阀厅金具场强控制原则为:等效直径大于200 mm的管形金具、近似圆柱体或球形金具其起晕场强控制值不大于12 kV/cm,等效直径不大于200 mm的管形金具或近似圆柱体金具其起晕场强控制值不大于18 kV/cm。研究成果为±800 kV阀厅金具的防晕优化设计提供了一定的参考依据,为后续阀厅金具表面场强控制标准制订提供了技术支撑。     

±800kV直流二联复合绝缘子耐张串均压环参数设计

为了给±800kV直流输电线路复合绝缘子耐张串提供合理的均压环配置方案,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,使用有限元方法计算了±800kV直流输电线路二联复合绝缘子耐张串的电场分布,并分别进行了均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立±800kV直流线路带杆塔、导线、绝缘子耐张串的三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距对耐张串电场分布的影响规律,基于控制电场强度的考虑得到了均压环结构参数的优化配置方案。有限元计算结果表明,安装了设计的均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均能满足要求。     

±500 kV柔直换流站阀厅金具表面电场计算

为研究柔直传输系统阀厅金具电场分布情况,以张北+500 kV柔直电网工程丰宁换流站金具及配套设备为研究对象,构建了其三维模型.用直流偏置+正弦波模拟其运行电压情况,实现了阀厅整体电位和电场分布的高效计算,得到了各金具表面最大场强及分布位置,并将其最大场强控制在了2 kV/mm以内.该研究结果为土500 kV柔直换流站阀厅的规划设计提供了参考,对阀厅内部金具的抗晕结构优化具有一定的参考价值.     

高压直流换流阀用绝缘子表面电场计算及均压环设计

换流阀是高压直流换流站的核心装备,高电位区导体及绝缘子表面电场计算是实现小安全裕度下换流阀绝缘优化设计的关键。将换流阀内典型结构,如绝缘子、晶闸管等,简化为二维模型,在二维场中直接进行电场计算,可实现电场的准确快速计算。通过对二维、三维算例进行电场计算,证实了边界电场约束方程计算电场的精度在二维场中高于ANSYS的计算精度。因此在二维轴对称场中应用该方法对某换流阀绝缘子进行了表面电场计算及均压环设计,使绝缘子金具表面电场由7.55 kV/mm降为2.87 kV/mm,绝缘子表面电场由1.93 kV/mm降为0.9 kV/mm。最后,应用ANSYS软件在三维复杂模型中对均压环尺寸进行校验计算。文中工作为直流换流阀用绝缘子表面电场计算及均压环优化设计提供了一种可靠、实用的计算方法。     

高海拔地区特高压换流站典型电极起晕特性与均压屏蔽电极设计

合理设计高海拔地区特高压换流站均压屏蔽装置能够有效避免站内电晕放电,保障系统安全稳定运行.为实现高海拔地区均压屏蔽金具的可靠应用,文中在平原地区(平顶山)和高海拔地区(羊八井)进行了特高压换流站典型电极的起晕试验,计算获得了不同尺寸典型电极的起晕场强,并提出了海拔4300 m金具的控制场强值.仿真分析了球形、鼓形电极表...     

特高压直流复合绝缘子均压环设计

在总结电场分析方法及国内外对复合绝缘子电场计算与均压环设计的研究基础上,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解方法将三维无界场域分解成有界子和无界子区域,用有限元法和模拟电荷法相结合的求解方法,进行±800kV特高压直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优化设计。应用ANSYS8.0及ANSOFT软件建立±800kV双极直流线路带杆塔的全三维和简化二维模型,计算发现在特高压情况下未安装均压环时复合绝缘子沿面电位及电场的分布极不均匀。对比±800kV和低电压等级的复合绝缘子电位分布的不同发现,电位、电场分布不均匀程度的变化随电压等级的升高、串长的增多有加剧趋势。以均压环结构尺寸为变量,以限制复合绝缘子沿面及均压环表面电场强度的最大值为目标优化设计均压环的结构,以三维模型的计算结果小于起晕场强为满意结果。最后得到均压环结构参数的设计方案,经三维计算模型检验证明复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均在可接受范围内,可满足预定要求。     

特高压换流站大尺寸典型电极起晕特性的仿真与试验

为确保特高压换流站均压屏蔽装置设计合理可靠,提出用于一种分析复杂电场环境下大尺寸典型电极起晕特性的三维仿真计算方法,并开展大尺寸球、环电极电晕试验进行试验验证。试验结果表明,所提出的计算方法能够有效计算特高压换流站大尺寸典型电极表面起晕电场强度,预测值与试验值的相对误差范围在-2.6%～3.4%之间。该文分析并验证了均压环等效半径经验公式,获得该公式适用的均压环管径与环径范围。研究成果可为大尺寸电极起晕电场强度预测、换流站均压屏蔽金具设计提供参考和依据。     

±1100kV户内直流场全域均压电极设计、仿真及优化研究

特高压直流工程金具表面最大电场强度是衡量其发生电晕放电的主要因素。±1100k V直流工程户内直流场中不同设备均压装置的外形相差较大,而且相对户外直流场,屋顶和围墙都是地电位,会进一步增强金具的表面电场,因此需开展户内直流场全域三维电场仿真,根据仿真结果反复优化户内直流场设备均压电极的形状。首先通过理论计算和试验研究,确定不同直径均压屏蔽装置的表面场强许用值;然后对±1100k V特高压直流输电工程户内直流场中的关键设备开展三维电场仿真计算研究,并通过不断优化均压电极的形状,使其满足场强控制要求。     

±800kV特高压直流受端分层接入方式下低端阀厅金具结构设计

特高压直流输电系统受端采用分层接入方式是我国未来电网亟待研究的课题,该方式下换流站阀厅内部金具表面电场计算及结构优化对换流站的整体设计具有重要的指导意义。为此建立±800k V特高压直流输电系统分层接入方式下的仿真模型,得出受端低端阀厅典型金具的电位分布;校核计算传统±800k V阀厅金具在分层接入电压激励下的表面电场分布,并以此为基础,提出一种适用于分层接入方式的±800k V阀厅金具设计方案,即电场分布较严酷的D侧B相避雷器均压环内侧倒角半径根据其最大场强值随倒角半径变化曲线增大至合适的数值,400k V出线均压环管径增大至90mm,其他部分保持不变。计算结果可为采用分层接入方式的特高压直流工程设计和建设提供数据支撑。     

±1100kV换流站直流场金具表面电场仿真静态场等效方法

我国的准东—皖南±1100 kV特高压直流输电工程是目前世界上电压等级最高的高压输电工程。随着电压等级的提高,换流站直流场设备中金具表面电场的控制裕度也越来越严格。为提高电场仿真计算结果的准确性,针对换流站金具电场仿真的瞬态场计算等效为静态场计算的方法进行研究,并结合电磁场理论,提出采用静态场等效瞬态场进行计算:在操作过电压、工频交流电压下可将瞬态电场等效成静电场分析;换流站典型直流电压波形下,可将瞬态电场等效成恒定电场分析,并用二维轴对称支柱绝缘子模型进行验证,最终应用于直流场全模型计算中。计算结果表明:在电准静态场下,针对不同电压激励,采用相应的静态场等效瞬态场计算,可以在保证精度的前提下,提高计算效率。对±1100 kV换流站直流场设备金具优化设计具有重要的指导意义。     

±1100kV户内平波电抗器均压装置表面电场分析与验证

特高压直流输电技术通过提高输送电压等级的方式提高了直流输送容量和输电效率,节约了土地和走廊资源,提升了经济和社会效益。±1100kV干式平波电抗器作为±1100kV特高压直流输电工程关键主设备之一,肩负着抑制谐波、限制故障电流等作用。在±800kV干式平波电抗器研制的基础上,根据±1100kV干式平波电抗器相关技术规范要求,对±1100kV干式平波电抗器的均压屏蔽装置进行研究。运用有限元分析软件ANSYS MAXWELL建立了户内布置平波电抗器的三维有限元模型,利用静态场分析法计算了户内布置平波电抗器的整体电位、电场分布,得到了户内布置平波电抗器均压屏蔽装置的表面电场强度。结果表明,户内布置平波电抗器第一层均压环表面电场强度最高,达到了1151.95 V/mm,通过实际的端对地操作冲击试验验证了户内布置平波电抗器均压屏蔽装置的屏蔽效果,±1100kV户内布置平波电抗器的均压屏蔽装置达到设计要求。     

±500kV换流站直流场金具表面电场数值计算

直流换流站高压设备金具表面电场的准确计算有助于电晕控制以及防电晕设计。针对换流站直流场设备复杂、计算区域大、对特殊金具局部表面电场计算精度要求高的特点,以某±500 kV换流站直流场为研究对象,基于电场数值计算方法,建立3D有限元仿真模型,对整个直流场设备进行电场计算,获得了各部位的电位和电场分布计算结果。通过对全模型计算结果进行分析,对其中需要重点关注的部位采用了子模型进行了更精确的求解,获得了更加准确的电场强度数值。最后基于Peek公式对直流场各金具进行了电晕控制安全裕度的评估,结果表明直流场各金具表面最大场强符合电场控制要求,研究结果可为超、特高压换流站直流场的设计、规划提供参考。     

超高压交流变电站金具电晕特性与选型研究

为消除电晕放电造成的能量损耗和电磁干扰,对不同种类金具的电晕特性以及不同电压等级下金具选型进行研究。利用紫外成像仪对几座超高压交流变电站的电晕放电现象进行观测,找出易发生电晕放电的金具;对此金具结构建立三维有限元仿真模型,计算在施加500 kV和750 kV电压等级下,不同尺寸金具表面电场强度分布情况,并针对场强较大的结构进行优化设计。研究结果表明,随着均压环、屏蔽环管径和屏蔽球球径的增大,其表面电场强度逐渐减小;结合金具表面起晕场强控制限值,给出了500 kV和750 kV电压等级下,耐张绝缘子串屏蔽环、V型绝缘子串均压环以及导线屏蔽球的尺寸选型。     

高海拔地区高压直流屏蔽金具电晕特性

随着高压直流屏蔽金具国产化的推进,越来越多的国产金具如屏蔽环等逐渐应用到换流站中,而屏蔽环电晕起始特性随自身尺寸变化规律目前尚不清楚。为研究屏蔽环的电晕特性,依据±500 k V木家换流站和昭通换流站阀厅典型屏蔽环的尺寸,设计了环径分别为600、800、1 000 mm的3组屏蔽环,在昆明南网特高压试验基地(海拔约为2 100 m)开展试验,采用阶梯升压方式对屏蔽环加载电压,通过紫外成像仪判断屏蔽环是否发生电晕,以确定对应的电晕起始电压,并根据试验布置建立3D电场仿真模型,采用有限元数值仿真方法,计算出各屏蔽环对应的电晕起始场强。通过对屏蔽环电晕特性的分析研究得出屏蔽环电晕起始电压与场强随环径、管径的变化趋势,并给出各典型尺寸屏蔽环在高海拔地区的电晕起始控制场强,其中最小的起晕场强控制值21k V/cm,这为实际工程提供了校核参考数据,并为屏蔽金具的国产化设计和选型提供参考。     

±1100 kV特高压阀厅金具表面电场计算及起晕校核

为了校核±1 100 kV换流站阀厅金具的起晕状态,以某±800 kV换流站阀厅工程图和某±1 100 kV换流站阀厅初始设计方案为基础,建立阀厅3D全模型;通过瞬时电位加载法求得阀厅模型的整体电场分布,并采用子模型法对局部电场进行精确求解;根据计算结果,结合Peek公式及现有的试验数据,对管形和球形金具进行起晕校核,并对最容易起晕的金具进行优化设计。计算结果表明,本阀厅内的金具在电晕控制方面,具有一定的安全裕度;换流变D侧C相下部套管均球形压装置,最容易起晕,建议改为双环均压装置。研究成果可为在建的±1 100 kV输电工程提供指导意见。     

应用伽辽金边界元法的特高压直流换流站阀厅金具表面电场计算

特高压直流换流站阀厅金具表面场强的精确计算对于阀厅和金具的设计具有重要的指导意义,但由于阀厅内部设备众多、结构复杂,金具几何建模和表面电场数值求解存在较大困难。为准确计算阀厅金具表面场强,首先采用Pro/E建立了±800 kV阀厅金具的全尺寸模型,并通过ANSYS进行离散剖分;然后通过PSCAD仿真金具关键部位的瞬时电压分布,作为场计算的边界条件;最后采用伽辽金边界元法对阀厅金具表面电场进行数值分析,该方法大大降低了剖分难度和计算代价。计算结果表明,在该设计方案下,阀厅金具表面场强最大位置出现在低压端B相连接管母处,最大值为14.7 kV/cm,低于起晕场强限值。仿真结果为阀厅及金具设计提供了参考依据。     

±800kV云广线换流站母线电晕特性试验研究

为实现±800kV直流换流站母线电晕特性影响换流站管母线的优化设计和经济运行,对不同对地高度的φ250和φ300管母线的起晕电压、无线电干扰、可听噪声和地面合成场强进行了实验室试验。试验表明,φ250、300管母线施加±800kV直流电压时,管母线在高度10m和12m时起晕电压>±1200kV;管母线下地面合成场强<30kV/m,可听噪声<55dB,无线电干扰<60dB。φ250和φ300管母线电晕特性均满足±800kV换流站控制指标的要求。考虑到±800kV云广直流输电工程换流站的海拔高度影响,建议送端站选择φ300管母,受端站选择φ250管母,且其对地高度≥12m。     

220kV复合横担新型塔均压环电场分析

针对复合横担新型杆塔开展均压环设计研究,应用有限元计算软件,建立220kV复合横担新型杆塔三维有限元计算模型,采用在计算模型中不断调整均压环结构参数(管径、环径、罩入深度)的方法,从控制电场强度的角度出发得到优化的均压环设计方案。通过校核计算表明:安装均压环后,三相横担支柱绝缘子和斜拉绝缘子表面的电场和电位分布得到有效改善,金具表面的最大场强得到大幅度降低,金具法兰处存在尖角结构,使场强在尖角处集中,场强值略高于场强控制值20kV/cm。采用对尖角部位倒角处理,倒角处理后,金具表面最大场强控制在允许范围内。因此,设计合理的均压环参数并结合金具尖角倒角处理的设计方法可以满足220kV复合横担新型杆塔均压设计要求。     

高海拔750kV变电站防晕金具设计及电场分析

采用有限元仿真计算与紫外成像观测相结合的方法,分析了高海拔官亭750 kV变电站设备连接金具产生明显电晕的位置和起晕原因,主要是螺栓和防晕板的棱角过大、自身防晕能力差以及均压屏蔽环的结构尺寸设置不满足要求,造成局部电场过高。为消除电晕造成的损耗和电磁干扰,掌握高海拔超高压变电站连接金具起晕电场值,对海拔更高的日月山750kV变电站进行了防电晕金具优化设计。通过设置防晕型接线板和连接线夹,优化均压屏蔽环数量和尺寸等措施,有效降低了防电晕金具沿面场强。对优化后的金具进行仿真计算和测试,得到在青海高海拔地区,防晕金具表面场强小于1.5MV/m时,无电晕放电发生。