特高压换流变压器阀侧出线绝缘结构电场分析

阀侧出线绝缘结构是决定换流变压器安全性的关键部位,包括套管油端、均压电极和多层纸板围屏系统,以及至阀绕组引线的绝缘。该出线结构承受着严酷的交直流电场应力,历来换流变压器在试验中和运行中的绝缘故障很多都发生在这里。为此基于以往设计和试验、特别是对试验中故障的调查分析,聚焦于均压电极区域,综合、归纳了阀侧出线装置的3种典型绝缘结构,即单环电极“半罩”结构、单环电极“全罩”结构、双环电极无绝缘罩结构,提出了一种新的绝缘结构,即“Ω”型绝缘罩结构。用有限元方法建立模型进行交流和直流电场计算和安全性评价。指出了各种结构的风险点,并从理论上指出了改善电场分布和提高安全性能的方向。计算结果和故障案例一致表明,半绝缘罩的端部油中有很高的沿端面直流电场,可引发局放进而引起沿大绝缘筒闪络;全绝缘罩端部油中直流场强很高,沿引下线头部绝缘表面的电位梯度也很高,可引起引下线头部油中沿面闪络或纸绝缘击穿;双环电极无绝缘罩绝缘电极两侧至大绝缘筒的斜向第一油隙很大,易发生交流放电;“Ω”型绝缘罩可能是兼顾交流和直流绝缘的优化解决方案。     

应用混合权函数边界元法的特高压换流阀屏蔽罩表面电场计算

直流换流站阀塔结构复杂、体积庞大,三维电场的快速、准确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。为此,建立混合权函数边界元法,在离散边界积分方程时,采用伽辽金匹配和点匹配相结合的方式,利用伽辽金匹配精度高和点匹配速度快的优势,实现精度和速度的较理想的结合。针对自主研发的A5000型、±800 kV换流阀,计算其在直流耐压工况下的表面电场分布,结果表明：基于当前设计方案,屏蔽罩表面最大场强为16 kV/cm左右,以20 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。同时,通过和伽辽金边界元计算结果的对比,进一步验证了所提算法的有效性。     

±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。     

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。     

HVDC换流阀阀塔漏水检测装置研制

针对高压直流输电工程对换流阀可靠性的要求,研制了一种新型的安装在换流阀阀塔底部的漏水检测装置。装置利用漏水产生的浮力,使浮子上浮,带动检测装置的光模块内的轴发生转动,从而使轴内的光信号通道发生错位并阻断,产生相应的阀塔漏水报警信号。针对该原理分析了浮子的运动过程;并根据分析结果设计了浮子和集水容器,研究了容器中出水孔半径、高度对漏水流量检测的准确性和时效性的影响;针对漏水检测装置的可靠性、免维护性要求,设计研制了漏水检测装置样机,并通过试验验证,在国内特高压直流输电换流阀工程上得到了应用。     

特高压换流阀冷却系统配水仿真及试验研究

换流阀阀塔冷却系统配水均匀性是换流阀乃至大电网是否能安全稳定运行的重要影响因素之一。基于某型号换流阀阀塔结构,采用三维仿真计算及试验测试结合的方法,对其冷却系统各支路流量分配情况进行了分析,结果表明:不同进口总流量下,流量分布规律较一致;在设计流量下,各支路流量偏差率及不均匀度可分别控制在5%和3%以内,满足工程使用基本需求;同时,通过对仿真与试验结果进行对比分析,证明了仿真计算方法的准确性,为换流阀等大型水冷式电力一次设备的冷却系统配水问题提供了一种设计验证方法。     

特高压换流变压器瞬态电场分布特性仿真研究

对特高压直流换流变压器器身主绝缘建立了瞬态电场计算模型,进行了瞬态电场的数值分析,得到了瞬态电场变化分布规律。     

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。     

向家坝—上海特高压直流输电换流阀塔水路的分析

纵观目前国内已投运和在建的18个直流输电工程,关于直流停运的事故原因中,由于直流输电换流阀水冷系统故障而停运几乎占到所有事故原因的1/3。笔者主要通过对800 kV向家坝—上海直流输电工程复龙站换流阀塔内水路结构改进的描述,以及分析向家坝—上海直流输电换流阀中与贵州—广东500 kV直流输电换流阀的区别,希望能够对今后直流输电换流阀的设计提供一些经验和方法。     

有限元分析在特高压换流阀塔结构抗震设计中的应用

悬吊式阀塔抗震特性是换流阀可靠性设计中必须考虑的关键问题,对换流阀运行可靠性有着至关重要的影响。应用Ansys Workbench建立阀塔有限元模型,分别进行静力分析、模态分析、地震响应谱分析。通过对阀塔组件材料的强度校核,得出文中所提出的阀塔强度满足抗震设计要求的结论。为换流阀塔结构的抗震设计提供了完整的解决思路。     

特高压换流变压器涡流损耗计算与屏蔽分析

对型号为ZZDFPZ-340800/500-800的特高压换流变压器涡流损耗进行了分析计算,通过分析和对比有磁屏蔽和无磁屏蔽两种情况下的计算结果,总结出屏蔽装置对变压器涡流损耗的影响.     

特高压换流变压器涡流损耗及电磁屏蔽结构优化分析

对特高压换流变压器三维涡流场进行了计算,并对油箱上的屏蔽以及涡流较为集中的屏蔽管进行结构优化,得出了屏蔽尺寸及屏蔽管的结构。     

±800 kV特高压换流阀塔——厅整体抗震性能分析

换流阀塔通常采用悬挂在换流站的阀厅的安装方式,在地震作用下往往导致较大的水平位移,换流阀塔之间的连接以及阀塔-阀厅相互作用的机理需深入研究。文中以±800 kV特高压直流换流站的换流阀厅及6组阀塔为研究对象,考虑阀塔与相连接的支柱绝缘子的金具连接特性,建立了阀塔—厅及阀厅耦联回路有限元模型并进行了不同地震动输入下的时程响应分析。研究表明:换流站阀厅结构在其基频附近对地面运动输入有明显的放大作用,且换流阀塔位移响应较大。采用具有较大变形能力的柔性管母线及金具,可以避免在地震作用下阀塔与相连的支柱绝缘子的牵拉作用。在换流阀抗震设计时应考虑阀厅的放大作用,阀塔与相邻设备的连接应选用具有大变形能力的金具,以改善其抗震性能。     

两种结构形式特高压换流阀均压设计对比分析

文中结合±800 kV/5 000 A溪洛渡—浙江特高压工程受端金华站极1和极2两种结构形式的换流阀,对比分析了其在直流、工频、操作冲击、雷电和陡波冲击下的均压设计,通过PSCAD建立的换流阀宽频模型及雷电冲击下的仿真结果,论证了大组件换流阀冲击均压电容在雷电和陡波冲击电压下可以实现较好的阀段之间的均压作用,同时文中还分析了小组件换流阀在雷电和陡波冲击电压下依靠晶闸管控制单元实现的换流阀自适应耐压能力,两种换流阀均压设计理念都能够较好实现换流阀的均压和保护,对今后更深入研究特高压换流阀电气设计具有重要指导意义。     

特高压换流变压器阀侧出线装置直流电场计算与分析

换流变压器的阀侧出线装置是换流变压器内部最复杂,同时也是最重要的绝缘结构之一。在运行时,它不仅要耐受交流电压,而且也要耐受直流电压。在直流稳态下,阀侧出线装置的电场分布取决于材料的电阻率。变压器油和绝缘纸板的电阻率与电场强度有关,表现为非线性;绝缘纸板在层压及垂直层压方向的电阻率有很大的不同,表现为各向异性。笔者对换流变压器的阀侧出线装置的非线性、各向异性直流电场进行计算,并将计算结果与线性、各向同性模型及线性、各向异性模型的结果进行对比。对比结果表明:在对换流变压器阀侧出线装置的直流电场进行分析、校核时需要同时考虑油纸绝缘的非线性及各向异性。     

特高压直流换流阀分布电容分析与测试

分布电容是影响特高压直流换流阀冲击电压特性的重要因素,在换流阀设计过程中需要进行优化控制。提出特高压换流阀系统多导体分布电容复杂电路网络的等效简化方法,研究分布电容影响冲击电压特性的机理,分析通过改善分布电容实现多级串联单元均压设计的方法。在此基础上,提出特高压工程双12脉动换流阀多阀塔分布电容简化分析模型和理论计算方法。研究大尺寸、多分立导体装备的分布电容测试方法,提出实验室条件下阀厅边界条件等效方法,测量引线误差控制方法和测量导体排列组合方法,在特高压直流换流阀真型阀塔上开展分布电容测试,验证了理论分析方法的准确性,获得了分布电容特性。     

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。     

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。     

实际运行电压下特高压换流变压器阀侧套管电场分布研究

阀侧套管是特高压换流变压器的重要组成部分。分析了换流变压器阀侧套管的典型结构及其在阀厅内的布置方式,以及高端阀厅Y接换流变压器(HY换流变)阀侧套管的实际运行电压波形,运用ANSYS有限元仿真计算软件,建立了换流变压器阀侧套管的电场仿真模型,计算了实际运行电压、等效直流电压、等效交流电压下套管的电场分布特性,对比分析了3种工况下换流变压器阀侧套管电场分布的差异性与相似性,提出了实际运行电压下换流变压器阀侧套管电场分布规律与绝缘结构设计思路。研究结果可为换流变压器阀侧套管的设计及运维提供技术参考。     

±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。