±1100kV直流阀厅金具电场仿真设计

阀厅金具作为直流输电工程换流站阀厅设备电气连接及固定用装置,连接和组合换流站阀厅电力系统中各类装置,以传递机械、电气负荷及实现某种防护作用。其表面电晕直接影响着阀厅及其设备的表面电场分布,对其表面电场进行仿真具有重要意义。本文基于Infolytica Elec Net电场仿真软件对阀厅金具电场仿真影响因素空气包大小、电极长短进行了研究。结果表明:随着空气包的增大,其表面电场逐渐减少,直至趋于一稳定值;金具表面电场与电极长度无关,其影响可忽略不计。根据研究成果给出了±1100k V直流阀厅金具管母外接头电场仿真结果,对±1100k V特高压直流输电工程阀厅金具的研制具有重要指导作用。     

±800kV线路直流复合绝缘子均压环结构研究

为控制复合绝缘子表面电场,用有限元法建立的输电线路直流复合绝缘子三维电场计算模型研究了影响复合绝缘子表面电位和电场分布的因素及均压环的半径、管半径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场角度得出了合理的均压环结构参数。针对特高压复合绝缘子的电场分布特点提出的一种应用于±800kV直流复合绝缘子的大小双均压环结构参数的计算结果表明,双均压环可更好地改善绝缘子端部电场分布。该研究结果可供设计±800kV直流特高压线路的外绝缘参考。     

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。     

特高压多端柔直换流站直流场均压屏蔽金具电场分布仿真分析与差异化优化方法

特高压多端柔性直流输电技术是近年来电力系统中重要的发展方向,其换流站中合理的均压屏蔽装置设计能够有效保障系统安全稳定运行,并降低投资成本。针对多端柔直换流站直流场金具优化设计,搭建开展了典型球、环电极电晕试验,得到了适用于换流站不同尺寸金具的控制场强公式。根据±800kV多端柔直换流站直流场的设计方案和设备布置,建立了三维全场域有限元仿真模型,计算分析了运行工况下直流场中各均压屏蔽装置的电位、电场分布,基于控制场强提出了典型金具的差异化优化思路与改进方向。结果表明,直流场内主设备金具及连接金具表面电场强度均不超过2000V/mm,旁路开关均压环表面场强较高、裕度较小,需要增大尺寸;±800kV穿墙套管均压环表面场强较低、裕度较大,可以适当缩小尺寸以降低成本。所得研究成果可为±800kV多端柔直换流站中均压屏蔽金具的自主研发与优化设计提供参考。     

特高压直流复合支柱绝缘子均压环的优化设计

均压环是改善复合绝缘子电位分布和电场分布直接而有效的方式,在特高压输电系统中极其重要。为此,对特高压直流复合支柱绝缘子的电位分布和电场分布进行了计算,引入了大均压环表面、护套沿面、高压端金具表面和小均压环表面等处的最大电场强度作为优化参考量,并探讨了各均压环参数和各优化参考量间的联系,分析了大小均压环各参数优化的相互影响,拟定了大小均压环各结构参数的优化顺序,提出了特高压直流复合支柱绝缘子均压环优化方法。并以±1 100 kV直流空心复合支柱绝缘子和±800 kV直流实心复合支柱绝缘子为例,建立了电场计算模型,对其均压环进行了优化设计。改进后的优化方法能够较快、有效地找到满足条件的优化方案。     

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。     

±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。     

±800kV特高压直流换流站阀厅金具的结构特点

±800 kV特高压直流换流站阀厅工程设计中,换流阀与换流变压器及穿墙套管之间采用管型母线连接方式,设备连接需采用特殊的管型母线连接金具。笔者通过对向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电工程换流站阀厅金具的结构介绍,阐述了阀厅金具的整体结构特点,分析了金具的载流量和耐热性、防电晕特性、机械强度的可靠性、外形尺寸以及连接形式等要求。通过实例介绍了5种常用的阀厅金具的结构细节及特点,为哈密南—郑州及溪洛渡—浙江等特高压换流站阀厅金具设计提供参考和借鉴。     

特高压直流分层接入交流电网

<正>特高压直流分层接入交流电网,其逆变站采用分层接入1000 kV及500 kV交流电网的方式,可实现特高压直流功率输送的优化,提高受端交流系统电压支撑能力,引导潮流合理分布。锡盟-泰州±800 kV特高压直流属于多端直流输电模式。该工程的特高压泰州换流站是世界上首座千万千瓦级分层接入1000 kV和500 kV     

±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直流穿墙套管耐压试验发生外闪原因分析及改进措施

为找出某特高压直流输电工程中,其高压端阀厅直流侧800 kV穿墙套管在进行直流耐压试验过程中发生外闪的根本原因,并研究应对措施,通过结合现场试验实际情况,借助有限元算法对其进行分析。分析结果表明:由于该型特高压直流穿墙套管原均压环结构不合理,造成其表面场强分布极不均匀,尤其法兰与绝缘外套连接处电场强度过高,非常接近空气击穿场强,在其表面有一定污秽和湿度较大的情况下,借助960 kV特高压直流试验电压非常强的累积效应,就形成了贯穿性外闪放电。据此,提出相应的改进措施,即在该型特高压直流穿墙套管的法兰与绝缘外套连接处加装1个相同的均压环,并适当调整均压环的罩入深度。通过有限元算法对此措施进行验算,结果表明:采用这种改进措施会使得其外部场强分布得到根本性改善,大大提高其运行可靠性。     

特高压阀厅金具表面电场计算及起晕校核

为了对阀厅内部金具的起晕情况进行校核,以某±800 kV特高压换流站阀厅为研究对象,采用第三方软件完成实体精细建模,输入到有限元仿真软件ANSYS进行前处理,结合PSCAD软件仿真得到的电位波形,采用瞬时电位加载法,对阀厅3D模型在一周期内各工况下的电场分布情况进行了有限元计算。采用子模型法,实现了局部电场的精确求解。根据电场计算结果,结合相关经验公式以及试验结果,对管形和球形金具的起晕情况进行了校核,在校核过程中,对形状不规则的金具进行了相应的等效模拟。校核结果表明所选阀厅金具在电晕控制方面具有一定裕度,满足阀厅金具设备安全运行要求。研究结果为特高压阀厅金具的设计提供了重要的借鉴。     

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。     

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。     

±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计

±400 kV换流变压器阀侧套管的设计裕度均低于特高压等级换流变压器套管,且±400 kV换流变压器阀侧套管在换流阀厅用量较大,因此有必要针对±400 kV换流变压器阀侧套管绝缘结构设计进行具体分析讨论.分析了±400 kV换流变压器阀侧套管双导电管结构的发热机理,从理论解析角度给出了双导电管结构的设计尺寸,进一步优化设计了套管的芯体绝缘结构,从内、外绝缘配合的角度给出了套管的外绝缘设计方案,并对其整体电场分布情况进行了校核计算:工作电压下其径向电场强度控制在3.11 kV/mm,工频耐压下其轴向电场强度控制在0.51 kV/mm,均满足±400 kV换流变压器阀侧套管设计电场强度控制要求.对研制完成的±400 kV换流变压器阀侧套管进行型式实验,结果表明所研制的套管通过了工频干耐受电压试验并局部放电测量、雷电冲击干耐受电压试验和温升试验等典型型式试验.     

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。     

10 000 MW特高压直流工程受端分层接入交流 电网方式下直流控制系统研究

对于受端分层接入1 000 k V和500 k V交流电网的新型电网结构方式,传统的特高压直流控制系统已经不再适用,需要重新研究设计。在对这种新型电网结构方式的特点进行了分析后,给出了与之相适应的直流控制系统整体结构和功能配置。受端同极的两个串联阀组接入不同的交流电网,引起的最大难题是阀组间电压的不平衡,为从控制功能上解决阀组间电压实时平衡的问题,提出一种利用受端串联阀组中点电压测点的双阀组电压平衡控制策略。最后通过RTDS建模试验验证了控制策略的正确性,为2015年电网公司即将实施的分层接入特高压直流工程提供了完整的控制保护解决方案。     

±800 kV特高压直流输电线路电磁环境参数的计算研究

针对±800 kV特高压直流输电系统涉及到一系列诸如导线及铁塔选型、直流极间距与对地高度的优化等技术问题,提出如何准确计算±800 kV特高压直流输电线路的电磁环境参数,为设计和运行提供借鉴参考。研究围绕合成电场、磁场、无线电干扰和可听噪声等电磁环境参数,通过对不同杆塔和导线型式进行计算,得出了满足相应标准的导线型式和对地高度。     

±800 kV柔性直流换流阀阀塔均压优化设计

柔性直流输电工程已迈入特高压时代,现有柔性直流换流阀(VSC阀)的均压屏蔽设计已无法满足特高压应用场合。为解决±800 kV VSC阀塔顶部均压管母表面电场强度过大的问题,文中首先利用PTC Creo与ANSYS联合建模技术完成复杂阀塔结构的三维建模与静电场有限元仿真,通过增加与顶部均压管母等电位连接的顶部屏蔽板,有效降低阀塔顶部均压管母及子模块的表面电场强度。然后,提取顶部屏蔽板增加前后的阀塔对地寄生电容参数,分析顶部屏蔽板对操作冲击下模块电压分布的影响。最后,研究阀塔不同均压部件间距对最大电场强度分布的影响,完成±800 kV VSC阀塔均压优化设计,并在阀塔样机上进行冲击电压试验。文中所提优化措施提升了VSC阀在特高压应用场景的安全运行能力,为VSC阀在特高压柔性直流输电工程的应用及设计提供借鉴。     

±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。