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。     

直流换流站阀厅内三维电场的分布式并行计算

直流换流站阀厅的三维电场计算对金具结构设计与厅内场强控制具有重要的指导作用。然而,由于阀厅内部设备多、结构复杂,其几何建模与数值仿真较为困难。为此基于ANSYS分布式并行计算平台,通过对ANSYS模型实体进行自动化相对编号,提出了模块化与独立化的建模方法,并使ANSYS模型的APDL(ANSYS参数化设计语言)代码具有重用性。基于该方法建立了直流换流站阀厅内部交流侧设备的模型。通过选择适合分布式并行计算的ANSYS求解器,计算出阀厅内部的三维电场分布。计算结果表明,在当前设计方案下,阀厅内部金具表面最大场强为27.51 kV/cm,以球-板电极起晕场强作为判据,阀厅内无起晕现象。该数据为换流站阀厅的设计规划提供了可靠支撑,具有重要的指导意义。     

基于区域化剖分技术的特高压直流换流站阀厅电场求解方法

由于换流站阀厅在直流输电系统中的重要地位,其安全运行至关重要。因此其内部金具场强必须控制在一定范围内,防止电晕对设备运行的干扰。阀厅内部金具的表面电场计算对于阀厅金具的设计有着重要的指导意义。针对阀厅内部结构复杂造成的剖分困难,笔者结合某±800 kV换流站阀厅整体模型的表面电场计算,提出了区域化的剖分方法。该方法基于模块化与独立化的思想,便于分工操作,可操作性强,效率高。该方法下整体模型与子模型计算结果的对比表明,基于区域化剖分技术的整体模型计算结果具有较高的精度。该方法为特高压直流换流站阀厅以及其他复杂模型的有限元电场求解提供了一定的借鉴,具有重要的指导意义。     

特高压直流阀厅金具选型与结构优化

随着直流输电电压等级越来越高,换流阀厅内设备越来越密集,尤其是±1 100 kV电压等级阀厅,对阀厅内金具的绝缘要求更加严苛。通过有限元数值计算,可以得到阀厅内金具表面电场,判断金具是否满足绝缘设计。阀厅内部交直流混杂,针对阀厅金具,分别采用静电场与瞬态电场进行计算,计算结果表明,阀厅金具可以通过直流电压下的电场计算对瞬态结果进行预估。根据电场计算结果进行金具选型,并对金具结构参数进行优化,分析得出影响场强的主要参数,将仿真计算紧密嵌入金具设计中,缩短设计周期,降低生产成本。     

±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.     

±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。     

±1100kV特高压换流站阀厅均压屏蔽金具表面电场分析

为研究特高压±1 100 kV阀厅内各设备及均压屏蔽装置的电场分布,根据某±1 100 kV换流站高端阀厅初始设计方案及设备图纸,分析了高端阀厅内均压屏蔽装置的配置方案;运用有限元分析软件ANSYS建立了阀厅内二重阀塔等关键设备的3维有限元模型;利用瞬态场分析法计算了1个工频周期内阀厅的整体电位、电场分布,得到了阀厅内各设备均压屏蔽装置的表面电场强度。结果表明,二重阀塔阀层屏蔽板边缘电场强度最大值为2 137kV/m,其他设备均压屏蔽装置的表面电场强度均2 000 kV/m;±1 100 kV阀厅各设备的均压屏蔽装置基本达到设计要求。     

±800kV直流输电工程高端阀厅内部过电压仿真分析

换流站阀厅内部重要设备众多、空气间隙复杂、典型电极多,一直是±800kV特高压直流输电工程设计工作中的重点之一。研究阀厅内部过电压的分布和数值对科学、合理地设计阀厅具有重要意义。以±800kV向家坝—上海直流输电工程的仿真计算为基础,对系统在各种故障状态下的操作过电压进行了仿真研究和总结;结合换流站避雷器布置和送端复龙站高端阀厅内部空气间隙、电压关键点的实际位置和范围,得出了高端阀厅内部过电压的分布和最严重时刻数值。仿真结果表明,特高压直流输电阀厅内部过电压并非同一时刻出现,而是集中在几种严重故障发生时刻。     

±500kV换流站四重阀阀厅金具电场计算与分析

对于阀厅全模型电场强度数值模拟,电位加载方式不同时,阀厅内部金具上的电场分布是不同的,因此有必要对典型相序时的电位、电场分布进行仿真分析。笔者根据阀厅设备电位波形特点,提出瞬时电位加载法进行电场计算,能够真实模拟阀厅内部电位各种频率分量的作用。相对于两重阀而言,四重阀阀塔周围金具连接结构复杂,电场计算难度较大。基于文中提出的方法,依据昭通±500 kV换流站阀厅四重阀真实模型,建立有限元仿真模型,通过计算得到了阀厅内部金具表面电场强度的最大值,为阀厅内部金具的电晕控制提供了依据。     

直流换流站阀厅内部场域电位和电场强度子模型法数值求解

阀厅内部电场强度控制是超/特高压直流输电线路建设中相对重要的环节,阀厅内部设备结构复杂,交直流混合,增大了设备表面场强的计算难度.为达到阀厅内部场强全模型求解精度,对建模过程、计算机求解能力均提出更高的要求,且数值模拟不易简化模型,必须全模型建模.利用CAD三维建模软件实现阀厅内部的精细建模,并利用16核高性能工作站平...     

±660kV阀厅金具采购技术规范研究

阀厅金具是连接阀厅内电气主设备的金属部件,是确保阀厅安全稳定运行的重要保证之一。高压直流工程的特点决定了阀厅金具的技术条件需要根据阀厅的实际布置和工程条件而提出。依托±660 kV宁东—山东高压直流输电示范工程,结合换流站阀厅金具的用途和功能,提出±660 kV阀厅金具采购技术规范,主要包括阀厅金具的基本使用条件、阀厅金具的一般要求、分类要求、试验要求,可作为阀厅金具的设计、生产、试验的指导性规范,供后续工程借鉴。     

±500 kV柔性直流换流阀外绝缘最小安全距离及海拔校正试验研究

张北±500 kV柔性直流示范工程首次构建了四端柔性直流电网,±500 kV是世界上现有的柔性直流输电的最高电压等级,±500 kV柔性直流换流阀是柔性直流输电的核心设备,由于张北地处高海拔区域,确定柔直换流阀外绝缘在高海拔地区所需要的室内最小空气间隙距离,对本工程和未来换流阀阀厅建设及阀厅内电力装置的布置方式有重要意义。在中国北京某特高压直流试验基地对±500 kV柔性直流换流阀外绝缘进行了操作冲击放电试验,得到其操作冲击放电特性曲线。通过比较不同的海拔校正方法,探讨和提取适用于±500 kV柔性直流换流阀外绝缘的海拔校正因数。最后依据试验得到的±500 kV换流阀外绝缘操作冲击放电特性曲线计算其在张北2 100 m海拔高度下所需要的最小空气间隙距离。     

基于三维自适应有限元的阀厅全模型电场分布并行计算

大规模复杂模型电磁场数值仿真问题一直是计算电磁学中比较难处理的问题。本文采用三维自适应有限元并行求解算法处理此类问题,以某±660kV换流站阀厅全模型电场模拟为例,对阀厅内部关注区域金具表面电场进行仿真计算。并行计算结果与串行计算结果相吻合,验证了本文提出的并行求解算法的正确性和可行性。该并行求解算法,可以显著提高求解速度,实现对于大规模复杂电磁问题的高效数值模拟。     

±1100kV古泉换流站阀厅防火墙上电气设备抗震分析

±1100 kV古泉换流站由于电压等级高,阀厅防火墙上电气设备高而"柔",在地震作用下容易发生破坏。基于古泉低端阀厅整体计算模型,对防火墙及墙上电气设备进行模态分析、反应谱分析和动力时程分析,得到防火墙及墙上电气设备在地震作用下的动力响应,同时对比分析了防火墙不采取加强措施以及防火墙在设备下设置钢筋混凝土加强柱和防火墙端部增加T型柱三种方案对设备的动力响应影响。     

宝鸡换流站阀厅电气连接及金具设计特点

直流换流站阀厅设备布置、电气连接以及金具设计是保证阀厅电气安全净距,控制电晕及场强,实现换流站安全可靠运行的重要环节。分析了完全采用国产化设备的±500 kV宝鸡换流站阀厅电气设备选型、布置及一次连接的设计特点。在此基础上,根据阀厅内电气连接的特殊要求,详细介绍阀厅内金具的设计方案及特点,并对阀厅电气设计和建设管理经验进行了总结。     

±1100kV特高压直流换流阀试验用高压直流串级发生器的绝缘耐压分析

为在实验室条件下进行±1 100 kV特高压换流阀绝缘型式试验,需要对用于试验的高压直流串级发生器能否满足绝缘耐压要求进行分析。利用ANSOFT SIMPLORER软件对装置进行电路理论分析计算以及利用ANSOFTMAXWELL有限元软件对其进行三维结构的电场强度仿真分析。仿真得到最大场强为22.62 kV/cm,与空气击穿场强25 kV/cm较接近,结果与装置输出1 843 kV时,装置顶部与实验室顶部钢梁间的空气间隙空气被击穿相吻合。为进一步降低场强,对装置进行优化分析,并得出优化后的电场强度最大值为20.66 kV/cm,低于空气击穿场强。因此认为,若不考虑空气温湿度等条件的影响,在现有试验室条件下,试验室设备具备±1 100 kV特高压换流阀绝缘耐压试验的能力。     

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。     

±500 kV柔性直流换流阀电场分布及绝缘特性研究

采用静电场有限元数值方法,对自主研发的±500 kV柔性直流换流阀的内绝缘和外绝缘特性进行了分析计算。按照子模块最大保护电压,校核换流阀的内绝缘特性;按照阀支架雷电冲击试验,校核换流阀的外绝缘特性。计算结果表明,自主化±500 kV柔性直流换流阀阀塔内部空气中最大电场强度为1.017 kV/mm,屏蔽系统最大电场强度为1.619 kV/mm,底部支撑绝缘子处最大电场强度为2.941 kV/mm。以3 kV/mm作为起晕场强判据,雷电冲击试验下,阀支架无起晕现象。试验结果表明,采用当前换流阀设计方案,换流阀顺利通过型式试验,无闪络、击穿放电现象,冷却系统无损坏。研究结果为±500 kV柔性直流输电系统换流阀绝缘设计提供了参考。     

±660kV换流变压器现场局放及感应耐压试验装置的研制

宁东-山东直流输电示范工程是世界上首次商业化建设运行的±660 kV直流输电工程,换流站主要设备是换流变压器,国内尚无±660 kV换流变压器现场试验装备和经验.±660 kV换流变压器的结构特点,决定了其特殊性,主要是阀侧电压高、套管长,相对于±800/500 kV换流变压器现场试验难度更高,要求试验设备具有较高的试验电压和技术参数.通过对各个电压等级的换流变压器进行分析和计算论证,确定了可满足±660 kV换流变压器试验需要的现场试验装置的结构参数,并使用该装置采用阀侧绕组不对称加压和不对称无功补偿技术,完成现场局部放电及感应耐压试验.结果表明:装置结构先进,性能优良,现场组合灵活,能满足±660 kV换流变压器现场局部放电及感应耐压试验需要.     

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。