1000kV特高压交流复合绝缘子耐张串均压特性研究

交流电压作用下,由于复合绝缘子导线侧和杆塔侧的杂散电容不同,绝缘子的沿串电压分布不均匀。采用三维有限元方法分别计算了特高压交流1 000 kV单回和双回输电线路一字型4联550 kN复合绝缘子耐张串的沿面电位和电场分布,比较了大环屏蔽深度、管径、外径等均压环结构参数对电场分布的影响,给出了均压环的推荐配置方案。结果表明,当中相施加相电压峰值时,各关键部位场强值最大;单回和双回耐张串均压环表面最大场强分别为2.06 kV/mm和1.8 kV/mm,绝缘子伞裙护套表面最大场强分别为0.33 kV/mm和0.31 kV/mm,满足均压环表面场强在峰值下不超过2 kV/mm,复合绝缘子伞裙护套表面场强在有效值下不超过0.4 kV/mm的电场控制要求。     

363 kV快速真空断路器电场计算

高电压等级开关设备的绝缘水平严重影响设备的安全运行和开断能力,因此在研发高电压真空断路器时需要分析其电场分布。以363 k V快速真空断路器设计结构为原型,建立三维有限元电场计算模型,分别计算了额定电压下闭合和开断工况下的电场分布,分析了灭弧室、绝缘子以及主要金具表面的电场大小。结果表明:均压环表面电场最大值为1. 92 MV/m,绝缘子表面最大值为0. 36 MV/m,开距20 mm时灭弧室断口电场最大值为3. 5 MV/m,其他部位电场均处于控制范围内,断路器总体结构设计合理,满足绝缘要求。     

500kV站用绝缘子串均压环优化设计

为改善500 kV港城变电站电晕放电现象,根据其绝缘子串布置情况,利用有限元计算方法,在ANSYS中建立悬垂串与双联串仿真模型,研究均压环不同结构参数对绝缘子串电压、电场分布的影响,得到最优均压环结构参数。仿真结果表明,500 kV悬垂串均压环最佳结构参数为:罩深230 mm、环径660 mm、管径70 mm,均压环表面最大场强峰值可降至14.5 kV/cm;双联串均压环最佳结构参数为:屏蔽绝缘子片数3、管径100 mm、与绝缘子距离90 mm,均压环表面最大场强峰值可降至14.7 kV/cm。计算结果证明,优化后的均压环明显改善绝缘子串电压分布,降低了单片绝缘子承担的最大电压,并使均压环表面最大场强峰值低于20 kV/cm。     

750kV交流复合绝缘子均压环优化设计

基于有限元数值仿真计算方法,建立了750 kV线路杆塔—导线—绝缘子的塔线三维电场仿真模型,研究优化750 kV复合绝缘子均压环的结构参数,并对均压环的均压效果进行了分析。计算结果表明,均压环可显著地改善绝缘子电场分布,高压端均压环表面的最大电场强度控制在20 kV/cm以下,可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰水平均符合国家标准或规程要求,设计的均压环能够满足750 kV输电线路对复合绝缘子的使用要求。研究结果为750 kV输电线路外绝缘设计提供了有益的参考。     

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。     

特高压直流复合绝缘子均压环设计

在总结电场分析方法及国内外对复合绝缘子电场计算与均压环设计的研究基础上,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解方法将三维无界场域分解成有界子和无界子区域,用有限元法和模拟电荷法相结合的求解方法,进行±800kV特高压直流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环优化设计。应用ANSYS8.0及ANSOFT软件建立±800kV双极直流线路带杆塔的全三维和简化二维模型,计算发现在特高压情况下未安装均压环时复合绝缘子沿面电位及电场的分布极不均匀。对比±800kV和低电压等级的复合绝缘子电位分布的不同发现,电位、电场分布不均匀程度的变化随电压等级的升高、串长的增多有加剧趋势。以均压环结构尺寸为变量,以限制复合绝缘子沿面及均压环表面电场强度的最大值为目标优化设计均压环的结构,以三维模型的计算结果小于起晕场强为满意结果。最后得到均压环结构参数的设计方案,经三维计算模型检验证明复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均在可接受范围内,可满足预定要求。     

高海拔地区超高压线路均压环配置研究

为研究高海拔地区输电线路的电晕问题,建立了三维静电场有限元简化模型,对悬垂瓷绝缘子串的电压分布和均压环表面的电场分布进行了计算,分析均压环管径、环径和安装位置对均压环表面最大场强和绝缘子串电压分布的影响。在此基础上,建立500 kV酒杯塔输电线路1∶1模型进行均压环配置研究,结果表明环直径600 mm,管径60 mm的均压环满足4 000 m高海拔地区金具防晕降噪要求。     

基于有限元方法的1 000 kV级特高压交流线路耐张串均压环优化设计

特高压输电线路绝缘子串电压分布极不均匀,均压环的优化设计对于改善绝缘子端部场强和改变电压分布具有重要意义。应用三维有限元法分别对1000kV特高压交流线路两联、三联和六联耐张串进行了电场计算,计算中考虑了杆塔、导线对电场分布的影响。通过不同屏蔽深度的均压环对电压分布影响的讨论和4种不同形式均压环的对比,建议1000kV特高压交流线路耐张串采用管径为120mm的跑道环,圆形部分中心径为1000mm,联接距根据绝缘子串中心间距决定,放置在第3、4片绝缘子之间。     

1000kV输电线路绝缘子串的均压屏蔽技术

1 000 kV交流特高压输电线路电压较高,需要对绝缘子串进行均压和屏蔽以保证线路能安全稳定运行,为此,应用有限元法对1 000 kV交流特高压输电线路各种典型绝缘子串型的电压分布进行了计算。计算考虑了均压环的管径、环径和安装位置对绝缘子串电压分布的影响;进行了绝缘子串型的电压分布、电晕和无线电干扰等真型试验,并对有限元计算结果和试验结果进行了比较。结果表明,当均压环安装在高压侧第2片和3片绝缘子之间、均压环管径为120 mm时,均压效果较好;管径为120 mm的屏蔽环对高压侧金具具有良好的屏蔽作用,在要求的电压值下绝缘子串未产生可见电晕,无线电干扰值<60 dB,且屏蔽环可改善绝缘子串的电压分布;有限元计算结果和试验结果较为吻合,可以指导均压环和屏蔽环的设计。     

1000kV交流复合绝缘子均压环参数设计

为了将1000kV交流特高压输电线路复合绝缘子沿面电场分布控制在合理的范围内,根据复合绝缘子的特点,采用场域分解的方法将三维无界场域分解成有界子区域,选择使用有限元法进行1000kV交流输电线路复合绝缘子串沿面电位、电场分布计算及均压环参数优化设计。应用ANSOFT软件建立1000kV交流线路带杆塔、导线的全三维模型,研究了均压环的管径、环径和抬高距离对绝缘子电场分布影响的规律,从控制电场强度的角度出发得到了均压环结构参数的配置方案。三维计算结果表明,安装了均压环后,复合绝缘子护套、金具、均压环表面最大电场强度均可以满足要求,绝缘子沿面电位分布的均匀性也得到了提高。金具可见电晕和无线电干扰试验的结果表明,高压端金具和均压环的起晕电压、无线电干扰均符合国家标准要求。