电晕对换流阀S型冷却水管损伤的仿真与实验分析

针对穗东换流站换流阀S型冷却水管损伤事故,利用有限元三维仿真及结合高压放电试验的方法,基于故障发生部位周围环境结构,包括均压电极、等电位线等,构建了冷却水管及其周围部件的三维模型。首先根据换流变阀侧电压值和12脉波换流电路工作原理确定仿真边界条件,运用COMSOL对所构建三维模型进行电场仿真,获得等电位线和冷却水管距离最近处局部场强值;同时设计了相应的高压放电实验对冷却水管和等电位线在不同距离下的放电情况进行了验证。仿真和实验结果表明:等电位线与冷却水管最近距离处场强值高于其他位置,随着距离增大场强趋于安全稳定值;当场强过大发生电晕时,电晕作用会使PVDF水管达到黏流态,造成不可逆损伤形变。     

换流阀层间大水管可换向电子力矩扳手研制

高压直流输电系统换流阀阀塔层间水管采用不锈钢水管和塑料水管组装连接而成,水管接头处采用螺母连接方式,常规的安装及检修工具易造成金属与塑料的接口密封圈失效发生漏水,影响高压直流输电系统的安全稳定运行。为改进现场检修效果及提升工作效率,研制了一种塑料制的可换向电子力矩扳手,从而保证换流站各种型号的阀塔冷却水管拆卸维修的顺利进行。     

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。     

柔性高压直流输电系统换流阀塔交流电场仿真计算

为提高柔性高压直流换流阀塔绝缘设计的可靠性,采用Solid Works软件建立了换流阀塔3维模型,并基于ANSYS软件对阀塔金具表面电场强度进行了仿真计算。基于电流场对阀塔内水路进行分析,将计算得到的水路表面电位作为静电场区域的第1类边界条件,进而对全场域进行求解,从而解决电流场和静电场的耦合问题。分别计算了有、无水路时的阀塔电场分布。结果表明,在进行阀塔交流耐压试验时,水路对阀塔电场分布的影响较大;与无水路模型相比,有水路时阀塔表面的最大电场强度以及其出现位置均发生了变化。因此在进行电场仿真计算时,需要考虑水路的影响。     

混合式高压直流断路器空间电场分布

为提高高压直流断路器阀塔绝缘设计可靠性,针对自主设计的±535 k V混合式高压直流断路器阀塔,采用CREO和ANSYS混合建模技术,搭建直流断路器阀塔的3维模型,并进行静电场求解。对该模型添加阀端间直流耐压试验电压,求解得到组件和屏蔽系统的电场;添加阀支架直流耐压试验电压,求解得到阀支架的电场;在电场最大区域添加考察线,考察场强最大值周围空间电场分布规律。求解得到：±535 k V混合式高压直流断路器的最大场强为2.748 k V/mm,位于底层直屏蔽罩的倒角位置;离电极表面20 mm,场强减小至1.4 k V/mm;离电极表面40 mm,场强减小至1 k V/mm;离电极表面100 mm,场强减小至0.5 k V/mm以下。结果表明：±535 k V断路器的整体电场满足电场控制要求值,电极周围空气间隙中场强快速衰减。研究结果为±535 k V混合式高压直流断路器绝缘结构设计提供了可靠支撑,具有重要的借鉴价值。     

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。     

±500kV换流站直流侧操作过电压影响因素分析

基于PSCAD/EMTDC仿真平台,依托三常±500 kV直流输电工程建立直流输电仿真模型,针对引起直流场操作过电压的接地极线开路、高端换流变压器阀侧单相接地短路故障、金属回线开路、全压起动以及逆变侧阀闭锁而旁通对未解锁五种典型操作过电压故障的运行方式,接地电阻,故障地点和故障相位等故障条件,对换流站直流侧操作过电压的影响进行了仿真分析。仿真分析结果与研究结论对高压直流输电工程绝缘配合、故障分析以及过电压仿真计算故障条件选择具有一定的指导意义。     

±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。     

换流阀阀塔内部冷却系统漏水隐患研究及改进措施

文章对常规高压直流输电工程换流阀阀塔内部冷却管道系统的漏水隐患进行分析,研究其漏水的可能性,并提出相应的改进措施,为分析及处理阀塔设备漏水提供参考。     

±800kV直流换流阀模块内部电场仿真对比分析

全球能源互联网以其可再生、分布式、互联性、开放性和智能化等优势日益受到业界普遍关注,高压直流输电系统作为能源互联网中的基本组成元素,换流阀内部高电位区导体表面电场计算是实现小安全裕度下换流阀绝缘优化的关键。在实际运行的直流输电工程中,±800 k V直流换流阀塔内部电路触发板上的直流均压电阻温度过高,因此需对阀模块内部进行电路改造。为重新测量电路改造后阀塔内部绝缘的可靠性,采用Solid Works建模软件建立阀塔3维模型;并结合逐次子模型技术,利用ANSYS有限元软件对阀模块内部元件的表面电场强度进行仿真计算;对比分析改造前后的阀模块内部电场分布情况。结果表明,阀模块内部整体电场分布合理,电场分布情况满足工程设计要求,最后提出针对电场薄弱环节的优化建议。     

换流阀阀塔漏水监测的现状分析及优化措施

针对目前换流站阀冷却系统渗泄漏故障发生时无法通过肉眼或摄像头第一时间发现泄漏点的问题,分析了膨胀罐液位保护、微分泄漏保护以及阀塔漏水监测措施存在的弊端,并在此基础上提出水管接头增加遇水变色指示套管、阀塔屏蔽层增加漏水检测变色纸的辅助检测漏水方法,对于换流站阀冷却系统早期发现漏水以及漏水后准确定位漏水点提供辅助手段,提高了阀冷却系统运维水平,可为全国换流站阀冷系统的运维管理提供参考。     

直流输电工程阀水冷系统缺陷分析

在直流输电工程中,辅助系统包括阀水冷系统、消防系统、空调系统和工业生活水系统。阀水冷系统是用于对直流输电核心元件可控硅阀进行冷却的系统,该系统的运行情况直接影响直流输电系统的运行,在所有辅助系统中只有阀水冷系统能够引起单双极阀闭锁,由此可见阀水冷系统的重要性。笔者介绍了阀水冷系统的基本原理,分析了系统运行中存在的问题,如:CCP不能体现系统冗余性、软化单元再生的优先级低于系统补水的优先级、没有监视软化单元再生效果的功能、冷却塔喷淋管设计不合理、外冷水控制系统无喷淋泵出水监视信号、平衡水池水质较差等。相应的解决办法为:完善CCP控制软件、调整软化单元再生的优先级高于系统补水的优先级、在再生回路中增加电导率表和流量表、将喷淋管的末端引至冷却塔外部,并加装冲洗阀门、加装喷淋泵出水流量监视装置、更改排泄阀的控制程序。这对于今后新建直流输电工程有借鉴意义,并能提高现有直流输电工程中阀水冷系统的稳定性和可靠性。     

直流换流阀单元模块蒸发冷却系统的仿真分析与试验

对直流换流阀的发热问题和目前主流的水冷技术存在的缺陷进行研究,提出采用蒸发冷却技术用于直流换流阀单元模块的冷却。针对由5英寸晶闸管集成的直流换流阀单元模块,设计包含贴壁式蒸发器、集气管、回液管和冷凝器等组成的蒸发冷却系统。建立单元模块蒸发冷却的仿真分析模型,得到不同功率工况下晶闸管表面的温度分布情况。试验数据与仿真结果误差在8%以内,验证了计算和试验的准确性。研究表明,蒸发冷却技术的应用使得晶闸管的温度分布更加均匀,冷却余量增大,可保障直流换流阀单元模块的载流能力,这将为直流换流站采用蒸发冷却系统提供分析和设计依据。     

直流输电换流阀系统表面电场分析与均压环设计

为避免直流输电换流阀塔结构放电,对阀塔结构设计了合适的均压环,该设计应用ANSYS软件建立换流阀屏蔽系统结构模型,采用伽辽金间接边界元方法分别对未加均压环的阀体结构与施加均压环的整体结构进行表面场强分析,具体分析了均压环的高度、位置、间距对阀箱体结构表面场强的影响,文中对不同的均压环设计方案进行比较,在满足一定约束条件下根据比较结果选择了合适方案,该方案下的均压环使阀箱体得到良好屏蔽且均压环无起晕现象。比较结果说明换流阀体结构外部均压环之间距离越大,阀箱体结构所对应的棱边中点场强越大,均压环的施加使阀箱体模型对应尖角部位表面场强大幅度减小且均压环高度越大,阀箱体尖角部位表面场强越小。     

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。     

沙尘暴和沙尘电对输电铁塔塔头电场分布的影响

沙尘暴是西北地区频发的一种自然灾害.科研人员发现沙尘暴不仅会改变空气的绝缘性能,而且由于沙尘颗粒之间的摩擦.会在空间产生强烈的电场(沙尘电),这可能对输电线路安全运行产生影响.文章主要针对沙尘暴和沙尘电对输电铁塔塔头工频电场分布的影响进行研究.利用矩量法并引进复电阻率的概念,模拟分析典型铁塔塔头周围均压环和导线表面在不同外加电场作用下的最大电场强度,研究沙尘电对输电铁塔塔头电场分布的影响,并研究通过对导线和均压环配置的优化来降低中相导线表面最大电场强度的具体措施.研究发现,强沙尘暴时,强烈的沙尘电有可能使部分导线表面的最大电场强度增大,影响电力输送安全,但可以通过优化导线布置来改善.     

均压电极垢层电沉积模型分析与应用

换流阀是高压直流输电系统中的核心设备,阀冷系统用于阀体组件的散热,而阀冷系统散热器腐蚀和均压电极结垢将导致换流阀运行故障,因此研究阀冷系统的腐蚀和结垢特性,对保障换流站安全可靠运行尤其重要。基于散热器腐蚀和垢层的沉积机理,应用有限元方法,建立了考虑电极表面沉积反应、物质传递过程的均压电极垢层沉积模型,所建模型能够模拟垢层生长过程、分析电极表面附近电场以及腐蚀离子浓度分布。基于该模型分析了电极表面垢层的沉积行为特性、电极表面的垢层分布,讨论了不同电压等级对垢层厚度的影响,得到垢层主要分布在高电位电极、电极尖端垢层量远大于电极平行位置以及电压等级升高,垢层厚度明显增大的仿真结果。结合实际换流站阀冷系统的运行数据和电极结垢形貌,验证了垢层沉积模型的有效性。     

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。     

±1 100 kV特高压直流输电换流阀研制及型式试验

为了研发更高电压等级、更高容量的直流输电线路及相关设备,中电普瑞电力工程有限公司完成了±1100kV特高压直流换流阀的研制。介绍了电气回路、触发与监控系统、换流阀冷却系统、阀塔结构设计,并给出了试验电路拓扑。所研制样机通过了型式试验验证。试验结果表明,该±1100kV／5000A特高压直流换流阀样机可满足工程应用,并具备一定的升级空间。