三维边界元法计算变电站空间工频电场环境*

在特高压交流变电站设计过程中,确定变电站空间电场尤其是设备附近电场的分布是相当重要的。针对变电站附近设备电场分布的复杂性,提出了三维边界元法对荆门1 000 k V变电站设备附近电场进行模拟研究,推导了三维空间合成电场极值的计算公式,并通过ANSYS仿真软件建立相应的仿真模型,对此方法进行验证,其理论计算结果与仿真结果基本一致,证明了该算法的正确性和有效性。     

HVDC换流系统屏蔽罩寄生电容提取

高压直流输电(HVDC)换流阀屏蔽罩的寄生电容对换流系统的宽频电路性能有重大影响,快速准确地提取屏蔽罩电容参数是目前HVDC国产化需要掌握的关键技术之一.将间接边界元方法用于换流阀屏蔽罩寄生电容参数的提取,从场分析角度,提出了用平面模拟倒角曲面的模型简化方法.针对国内某直流换流站,建立了屏蔽罩倒角和不倒角的仿真模型,对...     

基于线-面模型的边界元法计算特高压交流变电站设备附近工频电场

针对特高压变电站设备附近工频电场的复杂性,提出了模拟导线、均压环等线状结构的计算模型,推导了形成系数矩阵时线单元奇异积分公式.将线计算模型引入边界元法,与传统的面模型相结合共同模拟变电站各种复杂设备,并采用线、面单元对模型进行剖分,提高了计算效率.计算了荆门1000kV特高压变电站高压并联电抗器附近的工频电场分布,通过...     

应用伽辽金边界元法的直流换流站屏蔽罩表面场强计算

直流换流站阀塔的三维电场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;但由于阀塔屏蔽罩体积庞大、结构复杂,其几何建模与数值仿真都存在相当的难度。为节省计算资源,首先应用ANSYS参数化设计语言(APDL)建立阀塔的整体剖分模型,然后采用伽辽金曲面间接边界元法对屏蔽罩表面场强进行分析,计算阀塔屏蔽罩表面的三维电场分布。计算结果表明:在当前设计方案下,屏蔽罩表面最大场强为20.2 kV/cm,以30 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。     

±1100 kV特高压直流换流阀冲击电压试验能力研究

为满足±1100 kV特高压直流换流阀绝缘型式试验要求,针对±1100 kV特高压换流阀冲击电压试验实施方法进行研究。采用伽辽金边界元法分析了冲击本体屏蔽罩的表面电场分布,依据试验室现有条件,研究屏蔽罩表面场强随其半径的变化规律,提出场强的控制措施,从而抑制电晕产生,防止阀试验大厅空气间隙的击穿。根据 IEC 标准,提出满足±1100 kV特高压换流阀冲击试验要求的电路拓扑,研究等效负载的设计,为±1100 kV特高压换流阀冲击试验的实施提供理论依据。     

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。     

特高压交流变电站设备附近工频电场计算

为了系统研究特高压交流变电站电磁环境建模方法和预测计算,针对特高压交流变电站设备附近电场的复杂性,提出了基于边界元原理的线模型和面模型相结合的3维工频电场计算方法,建立了基于边界元法的导线仿真模型,并推导了线模型的计算公式。将线模型引入边界元法与面模型结合共同模拟结构复杂的电气设备,通过计算设备的表面电荷和导线的等效电荷得出设备周围的空间电场分布;分析计算了国内晋东南1000 kV特高压交流变电站高压并联电抗器附近离地1.5 m平面上的工频电场分布。计算结果表明,线模型大大提高了计算的效率。通过与现场测量数据的比较,证实了该算法的有效性。     

高压直流输电换流系统屏蔽罩寄生电容的数值计算方法

目前HVDC技术国产化过程中需要掌握的关键技术之一,是建立换流系统的宽频等效电路模型,分析阀塔过电压瞬态过程,而屏蔽罩寄生电容是宽频模型至关重要的参数,直接影响模型的正确性。为此,提出了一种基于间接边界元法的数值计算方法来计算屏蔽罩的寄生电容参数,在这种方法中,只需对导体表面进行剖分,无需离散整个场域,在求得导体表面法向电场强度后,即可得到导体系统的电容矩阵。针对国内某±500kV直流换流站,应用该方法提取了屏蔽罩寄生电容,通过对比计算,研究了不同阀层屏蔽罩对电容参数的影响,确定了计算实际屏蔽罩寄生电容的仿真模型。为换流阀塔等大尺寸复杂金属结构的电容参数计算提供了一种便捷、可行的方法。     

基于电磁-热耦合原理的三芯铠装电缆在低频输电方式下的损耗特性研究

精确分析电缆损耗特性是提高海底电缆经济性、实现深远海风电高效输送的关键问题之一.为此,该文建立三芯铠装电缆的电磁-热耦合仿真模型,研究了缆芯电流在低频输电方式下的不均匀分布特性,并以此为基础,分析IEC标准计算护套感应电压、损耗因子及载流量的误差.研究结果表明,缆芯电流密度平均值点偏离缆芯中心,偏离距离随输电频率的增大而增大,并导致IEC标准计算的护套感应电压和损耗做同向变化,当缆芯半径大于24mm时,护套损耗因子误差明显加剧;当缆芯截面积取2000mm2时,分频及工频下的载流量误差分别达10％和15％左右.计算结果为合理地确定海底电缆载流量奠定了基础.     

±800kV特高压直流受端分层接入方式下低端阀厅金具结构设计

特高压直流输电系统受端采用分层接入方式是我国未来电网亟待研究的课题,该方式下换流站阀厅内部金具表面电场计算及结构优化对换流站的整体设计具有重要的指导意义。为此建立±800k V特高压直流输电系统分层接入方式下的仿真模型,得出受端低端阀厅典型金具的电位分布;校核计算传统±800k V阀厅金具在分层接入电压激励下的表面电场分布,并以此为基础,提出一种适用于分层接入方式的±800k V阀厅金具设计方案,即电场分布较严酷的D侧B相避雷器均压环内侧倒角半径根据其最大场强值随倒角半径变化曲线增大至合适的数值,400k V出线均压环管径增大至90mm,其他部分保持不变。计算结果可为采用分层接入方式的特高压直流工程设计和建设提供数据支撑。