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。     

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。     

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。     

±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.     

±1100 kV特高压换流站支柱绝缘子屏蔽球参数优化设计

屏蔽金具是特高压换流站设备重要组成部分,其表面电场控制对换流站设备的正常运行有着至关重要的意义。为了实现±1 100 kV特高压换流站支柱绝缘子屏蔽金具的表面电场控制,以支柱绝缘子屏蔽球为研究对象,建立了3D有限元模型,采用静电场代替瞬态场计算获得屏蔽金具在操作冲击过电压下的表面电场分布,并讨论了屏蔽球形状、开孔倒角尺寸、开孔深度、倾斜角度等因素对冲击电压下金具表面电场分布的影响。计算结果表明:提出的"鼓形"金具设计方案,在冲击电压下可将表面最大场强控制在21 kV/cm以下,安全裕度较大;屏蔽球采用100 mm以上开孔倒角半径可有效降低底部电场强度。此外,适当降低开孔深度、减小倾斜角度也有益于控制屏蔽球底部场强。该研究成果为±1 100 kV换流站支柱绝缘子屏蔽金具的设计与安装提供了参考。     

±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。     

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。     

±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽设计与工程应用

±1100 kV/12 GW特高压换流阀为目前世界上电压等级最高、输送容量最大的换流阀产品,为了确保外绝缘设计的可靠性,对±1100 kV/12 GW特高压换流阀屏蔽结构开展全新设计,并对换流阀外绝缘放电特性进行全面研究。首先引入有限元分析方法,将电场的场域问题转换成边界值问题,离散化后进行插值得到分布解,然后迭代出最优屏蔽结构。其次建立阀塔仿真模型进行电场仿真研究,结果表明采用的屏蔽结构使电场强度由原来的1.89 kV/mm减小到1.64 kV/mm,场强减小13.2%,电场分布效果更好。同时,对该屏蔽结构也开展了操作冲击U₅₀试验,验证了换流阀外绝缘电气强度。试验结果表明12 GW换流阀屏蔽罩结构设计合理,阀塔对墙的最小空气净距为6 m,满足该距离即可达到要求的绝缘水平,实际阀厅的空气净距有较大的安全裕度。     

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。     

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。     

Electromagnetic interference and shielding of valve hall in HVDC converter station

The electromagnetic interference (EMI) from the valve hall as an important consideration in the design of high voltage direct current (HVDC) converter stations is analyzed by electromagnetic field numerical method and measurements. By using moment method, the EMI filed strength level as well as radio interference level (RIL) of the valve hall during the normal operation are computed after an antenna model is built for the valve tower. According to the character of EMI obtained, the practical shielding measures for valve hall are discussed to satisfy the relative standards. The test results for the ±500 kV converter station show that both the numerical method and shielding technique used in this paper are practical.     

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。     

±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。     

特高压直流换流阀试验能力提升技术

为满足洲际能源互联应用要求,需要开发±1 100 kV、6 250 A的特高压超大容量直流换流阀技术。针对特高压超大容量直流换流阀研发需求,以国家电网公司重点实验室（电力系统电力电子实验室）现有试验能力为依托,完成了试验能力提升系列技术研究工作。通过搭建直流及冲击试验装置电磁分析模型,研究了装置表面电场分布特点及场强变化规律,提出了场强抑制措施,通过优化实验室屏蔽系统和改善屏蔽罩曲率半径等方法,完成了绝缘试验能力提升。针对换流阀的运行试验能力,通过优化整流变配置,提升水冷系统参数,设计新型故障电流拓扑等工作,使得运行试验直流电流试验能力提升至7 500 A,故障电流试验能力提升至60 kA,完成了运行试验能力提升。通过试验证明了±1 100 kV、6 250 A等级换流阀试验能力提升的正确性和有效性。     

特高压直流换流站阀厅屏蔽效能及设计要求

为了研究特高压直流换流站阀厅的屏蔽效能和设计要求,提出了频率在150 kHz～80 MHz范围内、电场强度≤1 V/m射频干扰强度(120 dB,基准1μV/m对应0 dB)作为邻近换流阀厅外侧的控制指标。结合换流站现场实测数据进行相应的分析及计算,提出阀厅屏蔽设计要求:(1)屏蔽效能目标值取≥20 dB;(2)阀厅屏蔽一般采用直径6 mm、网孔面积200 mm×200 mm的钢筋网;(3)如果墙壁直接采用双层0.6 mm厚镀铝锌压型钢板,每隔30 cm用铆钉连接,两板重合部分宽度5 cm,则单层板在≤10 MHz范围内的屏蔽效能40 dB,也可满足要求。     

采用屏蔽线降低架空线线下场强的研究

采用等效电荷法对架空线下的场强进行分析。通过对架空线线下架设屏蔽线后线下场强的计算,可知屏蔽线架设位置、数量对降低线下场强的效果有明显的影响。工程实践也证明, 在输电导线下方安装屏蔽线来降低地面电场, 既经济, 又实用。建议: 同杆双回线路采用屏蔽线时, 架设宽度以与输电线基本等宽为宜; 屏蔽线架设高度在离最低相导线下方3m 左右屏蔽效果较好; 采用2～3 根屏蔽线为宜。     

雷电流波形参数检测视角下的±800kV直流输电线路反击电磁暂态分析

从获取雷电流波形参数的角度出发,研究雷击特高压直流输电线路的避雷线档距中央、杆塔外撑角和塔顶时传输系统的行渡响应,依据分布参数电路理论分析注入传输系统的雷电流在各电流通道中的电流行波波形.当雷击避雷线或避雷线与杆塔外撑角连接处未造成闪络时,避雷线与杆塔外撑角连接处的暂态电流含有大部分雷电流上升沿响应;当雷击塔顶未闪络时...     

分布式供水泵群水锤防护计算研究北大核心CSCD

为减轻分布式泵群停电产生的负水锤对供水系统的危害,提出了一种单向塔和空气阀联合防护的方案,明确了单向塔的防护效果,给出了主管集中段设置空气阀的基本公式,并以坦桑尼亚城市供水工程为研究对象,通过数值模拟的方法,验证了其合理性。研究结果表明:单向塔和空气阀的联合防护相较于单一的单向塔防护,效果更好,可以大幅减少工程造价;单向塔直径和连接管直径均需结合实际工程进行参数优选。