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...     

多介质工频电场分析的快速多极子边界元法

针对变电站关键设备工频电场计算存在计算效率低的问题,结合快速多极子法和边界元模拟电荷法提出一种快速计算多介质工频电场分布的方法.根据边界元模拟电荷法基本原理建立变电站关键设备工频电场计算模型.利用快速多极子法可以加速矩阵与向量乘积效率的特点,得到提高多介质工频电场分布的快速算法.并应用该方法具体计算500kV变电站中开关场内刀闸周围的电场分布.结果表明:快速多极子边界元模拟电荷法的计算结果与积分工程软件的仿真结果的最大相对误差为8.1%.在满足工程误差允许前提下,该方法相对于传统边界元模拟电荷法运算速度快、内存消耗少、计算精确度高,适合于求解大尺度多未知量、多自由度的工频电场计算问题.     

应用快速多极子边界元法的接地网接地参数计算方法

为解决用传统边界元法求解某些大型地网接地参数时需要的存储量过大而导致普通计算机因内存的限制无法进行求解的问题,提出用快速多极子边界元法求解地网接地参数,利用树的存储结构代替传统的系数矩阵存储形式,减少计算存储量,提高了计算效率.通过求解规模较小地网的接地参数对传统边界元和快速多极子边界元进行比较,快速多极子边界元法计算出的接地电阻值与CDEGS软件的计算值最大误差在2％以内,表明该方法的有效性.利用该方法对传统边界元法及CDEGS软件无法求解的工程算例进行求解,计算出的相关接地参数初步满足工程要求.     

新型曲面三角形边界元法及其在电场计算中的应用

用边界元法计算工程三维静电场时,为了减少计算节点数同时提高计算精度,提出了新型曲面三角形边界元方法.该方法利用二阶单元剖分边界面,再利用面积比值法构造对应于二阶单元的3个顶点节点的形状函数;以二阶单元的3个顶点节点为计算节点,与二阶三角形边界元法相比,大大减少了计算量;与一阶平面三角形边界元法相比,提高了计算精度.取球形电极的电场分布计算为例进行验算,计算结果表明:与一阶剖分的平面边界元法相比,网格剖分节点相同时,新型曲面三角形边界元法的计算精度明显提高;在计算精度要求相同时,新型曲面三角形边界元法计算节点数较少.     

应用快速多极子边界元法的块状土壤结构地网接地参数算法研究

为解决传统边界元法因其系数矩阵的存储量与求解未知量成平方关系,因而受计算机内存的限制无法求解剖分量巨大的大规模块状土壤下地网接地参数计算问题,提出用快速多极子边界元法进行求解,利用建立三维自适应八叉树的存储结构代替传统的系数矩阵存储形式。与传统边界元法相比,存储量大大减少,计算效率也明显提高。对小规模块状土壤接地模型进行编程计算,通过与传统边界元法及CDEGS软件计算结果进行对比,证实了所提方法的正确性和高效性。对大规模块状土壤接地问题算例进行编程计算,证明了所提算法在求解大规模块状土壤接地问题上的优势,为进一步研究更加复杂的块状土壤接地问题提供了参考。     

HVDC换流阀屏蔽系统表面电场边界元与场域元耦合计算

绝缘子是直流输电换流阀塔的重要组成部分,针对绝缘子的分析对于换流阀塔的设计具有重要意义。文中考虑支柱绝缘子的换流阀屏蔽系统的表面电场分布,提出了基于积分方程的场域元与边界元耦合的计算方法。将场域元法与边界元法耦合,共同模拟考虑支柱绝缘子的换流阀屏蔽系统。通过与二维有限元算法的对比,验证了算法的正确性。建立不同情况下的换流阀屏蔽系统模型,采用耦合算法对其进行分析,得出了考虑绝缘子前后屏蔽系统的电场分布以及绝缘子内部的电场分布,提高了计算精度,拓展了传统边界元算法的应用范围。     

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。     

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。     

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。     

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。     

换流阀阀塔拉杆非金属材料的断裂韧度研究

换流阀阀塔拉杆材料是一种玻璃钢纤维材料,具有比强度高、耐腐蚀、抗老化性能好、电绝缘性能优良、抗磁电性能强等特点。该材料在应用中的断裂力学性能的研究相对较少,文章通过三点弯曲试验方法对该材料的断裂韧度进行试验研究,得到应用于换流站的拉杆材料的断裂韧度KIC为12.3MPa·m1/2,该结果可作为该材料的断裂力学性能数据加以应用。     

柔性直流输电换流阀子模块现场测试装置设计

柔性直流输电的能量转换核心装置是柔性直流输电换流阀,柔直换流阀的基本组成单元是子模块,柔直工程换流阀的子模块数量众多,按传统逐个测试的方法需耗费数周时间才能完成检测,因此目前的柔直换流阀检修一般采用抽检的方式,存在漏检的安全隐患。为了快速检测换流阀子模块,根据子模块检测实验需求,设计了一套柔直换流阀子模块现场批量自动测试装置,采用10 kV直流电压源为阀段供电、子模块轮流导通关断的方式自动完成测试,并在鲁西工程广西侧换流阀阀段上进行了实验验证,实验结果表明该套装置可快速实现对柔直换流阀阀段级子模块的IGBT、触发回路、控制板卡等主要组件的测试。     

±800kV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...     

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。     

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。     

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。     

±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。     

直流换流站换流阀清灰工具研制及应用

换流阀是交直流转换的核心设备。胶东换流站自投运以来阀厅内换流阀积灰现象严重,影响设备运行稳定性,传统的人工清灰方式风险高、难度大、耗时长,影响直流输电系统供电时间。通过对胶东换流站换流阀积灰原因进行分析,对如何减少换流阀阀塔灰尘进行深入研究,研制出换流阀清灰工具。该工具主要由除静电装置、除尘装置和灰尘回收装置组成,可实现中和静电、吹除灰尘和回收扬尘3项功能,能有效清除换流阀积灰,提高检修工作效率。该工具已在国内8个特、超高压直流换流站成功应用,经济效益显著,具有较高的实用推广价值。     

海上柔直换流阀塔运行期间的振动性能研究

海上换流阀在运行期间的安全性关系到海洋风电的有效输送。为研究支撑式海上换流阀塔运行期间的结构响应,依据某工程中的海上柔直换流阀建立有限元模型,通过模态分析和时程分析,研究了换流阀塔的自身振动特性和在环境荷载作用下的动力响应。结果表明,换流阀塔弱轴振动方向为连接前后两个单塔的方向,外荷载作用下将在此方向产生较大动力响应,换流阀塔运行期间的最大位移和最大应力均满足安全要求。     

UPFC换流阀模块测试装置的研制及应用

针对新兴的统一潮流控制器(UPFC)工程的分级调试,提出一种自动调试的方法,设计了一种测试装置,专门解决换流阀子模块的工程调试。测试装置由测试管理单元和测试执行单元两部分组成,测试管理单元通过内部分布式总线控制测试执行单元,是测试的核心;测试执行单元包括阀控模拟模块、采集模块和能量控制模块。阀控模拟模块模拟阀控装置的通信协议,控制子模块进行功能测试同时进行状态监测,采集模块采集子模块相关的电压状态,能量控制模块给换流阀子模块进行供电,用于测试子模块的充放电逻辑;测试管理单元配置测试执行单元模拟的阀控协议、子模块的拓扑结构等参数以控制测试的功能和流程,测试管理单元结合采集信息和通信状态信息共同辅助进行测试判断,测试结束给出完整的报告,完成UPFC换流阀子模块的自动调试,工程实际表明该方法完全适用于现场验收测试以及出厂调试的需要。