换流阀的通断对阀塔避雷器均压环表面电场的影响

为分析换流阀的通断对阀塔避雷器均压环的影响,采用静电场有限元数值方法,在阀厅整体模型中,对阀塔避雷器均压环表面的电场分布情况进行分析。首先基于12脉动整流电路的原理,分析了换流阀各阀组件在计算时的加载方式,然后结合仿真得到阀厅设备在额定功率和轻载运行时的电位波形。采用静电场瞬时加载法求解,得到各种运行工况下阀塔避雷器均压环场强分布云图和最大值分布规律。通过分析阀塔避雷器均压表面的最大场强与换流阀的导通截止状态发现,在当前设计方案及配置条件下,截止状态下的阀塔避雷器均压环最大场强较导通状态下偏高。这表明换流阀在截止时对周围均压环电场产生的影响较开通时影响更大,这为后续阀厅金具设计优化提供更切合实际、更为准确的计算思路,具有重要的指导意义。     

柔性直流输电换流阀阀塔电场分布与结构设计研究

为研究高压柔性直流输电换流阀阀塔不同结构设计时表面电场分布情况,采用有限元ANSYS对换流阀阀塔静电场进行仿真计算。首先分析了顶部均压环在不同管径下的电场分布情况,各管径下顶部均压环电场分布近似,顶部均压环拐角内侧可不添加小型均压环。然后研究了板状屏蔽罩与管状屏蔽罩的电场分布,两种屏蔽系统下对阀塔均有良好的屏蔽能力,板状屏蔽系统略好于管状屏蔽系统。最后分析了阀塔底部法兰电场分布,该分布主要集中在其相连接斜拉绝缘子鼓包处。该研究为后续高压柔性直流输电换流阀阀塔设计提供了准确的设计思路及详细的参考方向。     

典型特高压换流阀塔屏蔽装置电场仿真及对比分析

为研究实际阀厅布置中特高压换流阀塔屏蔽装置的电场分布规律,分析了某±800 k V直流输电工程不同阀厅中所用3种典型换流阀塔的结构特点,利用ANSYS仿真软件建立了各种阀塔的电场计算有限元等效模型,同时为考虑实际运行时阀厅内各设备间的相互影响,建立了3种换流阀塔各自所在阀厅的整体模型作为求解区域,计算了额定工况下阀厅内6组换流阀塔1个周期内的电位、电场分布,并对比了3种典型阀塔屏蔽装置的电场分布特点。研究结果表明3种换流阀塔的屏蔽装置在额定工况下表面电场强度最大值分别为1 599、1 007、1 515V/mm,均满足小于2 000 V/mm的控制场强要求;阀层弯边式分体屏蔽装置电场分布的均匀性优于阀层整体屏蔽型与单片式分体屏蔽型。     

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。     

±1100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验下的电场仿真及优化

为提高特高压直流换流阀塔绝缘可靠性、实现小安全裕度下换流阀绝缘的优化设计,以±1 100 k V直流换流阀作为研究对象,采用Solid Works及ANSYS混合建模技术,建立了换流阀塔的3维模型。对该模型进行单阀绝缘型式试验及多重阀直流耐压试验,得到其电场分布;并针对电场薄弱环节进行局部结构优化。研究结果表明:当选取2 700 k V/m作为换流阀厅内金具表面工作控制电场强度时,单阀绝缘型式试验中的屏蔽罩及横梁均存在电场薄弱环节,有可能产生电晕及放电现象;而多重阀直流耐压试验中不存在电场薄弱环节,不会产生电晕及放电现象。此外,增加横梁拐角、屏蔽罩侧边的倒角值以及在层间绝缘金具处添加均压环可以使得薄弱处电场强度低于控制值。     

±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽设计与工程应用

±1100 kV/12 GW特高压换流阀为目前世界上电压等级最高、输送容量最大的换流阀产品,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽结构开展全新设计,并对换流阀外绝缘放电特性进行全面研究。首先引入有限元分析方法,将电场的场域问题转换成边界值问题,离散化后进行插值得到分布解,然后迭代出最优屏蔽结构。其次建立阀塔仿真模型进行电场仿真研究,结果表明采用的屏蔽结构使电场强度由原来的1.89 kV/mm减小到1.64 kV/mm,场强减小13.2%,电场分布效果更好。同时,对该屏蔽结构也开展了操作冲击U₅₀试验,验证了换流阀外绝缘电气强度。试验结果表明12 GW换流阀屏蔽罩结构设计合理,阀塔对墙的最小空气净距为6 m,满足该距离即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。     

±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进及U50试验

±1 100 kV直流换流阀相对目前电压等级最高的±800 kV直流换流阀电压有较大提高,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进和换流阀外绝缘操作冲击电压放电特性进行了全面研究。首先通过改进屏蔽罩结构以实现屏蔽罩表面电场的合理分布,然后针对换流阀不同类型屏蔽罩分别制定外绝缘操作冲击电压试验方案,并设计了一种无晶闸管的操作冲击50%击穿电压(U_(50))试验阀塔,最后采用操作冲击U_(50)试验验证了换流阀外绝缘电气强度。结果表明,±1100kV换流阀屏蔽罩结构改进设计合理,阀塔对墙的最小空气净距达到5 m其外绝缘强度即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。     

应用伽辽金边界元法的直流换流站屏蔽罩表面场强计算

直流换流站阀塔的三维电场计算对阀塔屏蔽罩设计与表面场强控制具有重要的指导作用;但由于阀塔屏蔽罩体积庞大、结构复杂,其几何建模与数值仿真都存在相当的难度。为节省计算资源,首先应用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立阀塔的整体剖分模型,然后采用伽辽金曲面间接边界元法对屏蔽罩表面场强进行分析,计算阀塔屏蔽罩表面的三维电场分布。计算结果表明:在当前设计方案下,屏蔽罩表面最大场强为20.2 kV/cm,以30 kV/cm作为起晕场强判据,屏蔽罩无起晕现象。该数据为换流站阀塔屏蔽罩的设计规划提供了参考依据。     

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。     

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。     

1100kV直流电阻标准分压器电场仿真分析和方案设计

目前,我国直流电压比例标准的最高电压等级为800 kV,若直接套用该标准进行1100 kV直流电压互感器现场校准实验,其周围电场的分布仍不均匀,将导致准确度降低,故文中针对这些问题研究设计了1100 kV直流电阻标准分压器。本文基于Ansys仿真软件搭建了1100 kV直流电阻标准分压器的有限元模型,计算并分析了分压器周围和沿测量电阻层方向上的电场分布,得出了均压环的尺寸和位置对分压器周围最大场强的影响特性,通过合理设置均压环的圆心到地面的距离、内环半径、圆心到对称轴的距离,可大幅改善分压器周围最大场强。本算例中,分压器周围最大场强的大小从6869.37 V/mm降低到1566 V/mm,提高了绝缘水平;施加屏蔽电阻层后,沿测量电阻层上的电场强度减小到142.17 V/mm,且分布均匀,提高了测量准确度。本设计对分压器设计、制造、运行等部门有较好的借鉴作用。     

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。     

±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。     

特高压直流换流阀试验能力提升技术

为满足洲际能源互联应用要求,需要开发±1 100 kV、6 250 A的特高压超大容量直流换流阀技术。针对特高压超大容量直流换流阀研发需求,以国家电网公司重点实验室（电力系统电力电子实验室）现有试验能力为依托,完成了试验能力提升系列技术研究工作。通过搭建直流及冲击试验装置电磁分析模型,研究了装置表面电场分布特点及场强变化规律,提出了场强抑制措施,通过优化实验室屏蔽系统和改善屏蔽罩曲率半径等方法,完成了绝缘试验能力提升。针对换流阀的运行试验能力,通过优化整流变配置,提升水冷系统参数,设计新型故障电流拓扑等工作,使得运行试验直流电流试验能力提升至7 500 A,故障电流试验能力提升至60 kA,完成了运行试验能力提升。通过试验证明了±1 100 kV、6 250 A等级换流阀试验能力提升的正确性和有效性。     

±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。     

柔性直流换流阀厅全模型电场多极子边界元分析

柔性直流换流阀厅内设备众多、结构复杂、多种介质共存且环境封闭,造成阀厅全模型电场强度数值计算建模难度大、计算规模大、采用传统方法计算效率低。对称多极子曲面边界元法计算速度快、内存占用少,适合于求解大规模问题。分别对2种不同结构的±160 kV柔性直流换流阀厅建模,应用对称多极子曲面边界元法计算阀厅全模型电场,计算中节点达到133万个。综合分析了阀塔屏蔽系统结构、桥臂电气连接方式以及阀厅布置方式对金具表面电场影响规律;掌握了阀厅空间内电场分布规律,为设备布置提供参考。所提方法为全面掌握柔性直流换流阀厅内电场分布提供有效手段,对设计过程中设备的绝缘配合具有重要意义。     

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。