一種計(jì)算閥廳金具表面電場的方法與流程

本發(fā)明涉及超/特高壓直流輸電的電場計(jì)算技術(shù)，尤其涉及換流站閥廳金具表面電場求解的方法。

背景技術(shù)：

閥廳是直流成套設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)、廠家設(shè)備、施工安裝等多接口、多界面、多層次及多階段的配合焦點(diǎn)，技術(shù)復(fù)雜、接口繁多，部分核心技術(shù)一直為外方掌握。閥廳金具作為連接閥廳內(nèi)各電氣設(shè)備的橋梁，是確保閥廳內(nèi)部各設(shè)備安全運(yùn)行的重要設(shè)備，并且是確保整個(gè)直流輸電系統(tǒng)正確運(yùn)行必不可少的組成部分，正確合理的選擇閥廳金具具有重要意義。閥廳金具設(shè)計(jì)的核心是閥廳形狀尺寸與空氣凈距的配合關(guān)系，由于國外公司對金具設(shè)計(jì)原理及依據(jù)均有嚴(yán)格的技術(shù)保護(hù)，所以很少有文獻(xiàn)資料。為了確保閥廳金具表面不氣暈,保證閥廳內(nèi)各設(shè)備的安全運(yùn)行,因此對,高壓直流閥廳內(nèi)部金具表面電場計(jì)算顯得尤為重要。

近幾年，國內(nèi)相關(guān)團(tuán)隊(duì)基于電磁場有限元計(jì)算軟件，使用數(shù)值計(jì)算方法分析了某一加載條件下閥廳內(nèi)整體電場分布的情況，但是針對高壓換流站閥廳內(nèi)部設(shè)備，建立全模型，分析在各種運(yùn)行情況下的表面電場分布還很少有文獻(xiàn)提及，主要是因?yàn)殚y廳內(nèi)設(shè)備眾多、工作環(huán)境復(fù)雜，仿真手段和方法受限所致。深入研究高壓直流閥廳內(nèi)部金具表面電場計(jì)算方法，對重點(diǎn)關(guān)注的金具進(jìn)行優(yōu)化分析，使得金具表面電場強(qiáng)度得到很好的控制，閥廳內(nèi)的電暈水平控制在較低的程度，保障閥廳內(nèi)的電力電子設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面通過電場分析，可得到閥廳金具表面電場強(qiáng)度與形狀尺寸的變化規(guī)律，提供金具設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)和優(yōu)化方向，為特高壓直流閥廳金具自主設(shè)計(jì)、自主制造奠定基礎(chǔ)。

本研究以現(xiàn)行換流站閥廳實(shí)際運(yùn)行中存在的問題作為出發(fā)點(diǎn)，研究并發(fā)明了一種計(jì)算簡單、準(zhǔn)確度高、效率高、切實(shí)可行的計(jì)算閥廳內(nèi)電場的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種計(jì)算閥廳金具表面電場的方法,其特點(diǎn)是計(jì)算簡單、準(zhǔn)確度高、效率高、切實(shí)可行。

本發(fā)明所提供一種計(jì)算閥廳金具表面電場的方法包括以下幾個(gè)步驟：

一種計(jì)算閥廳金具表面電場的方法，包括：

步驟1，收集參數(shù)值，包括閥廳交直流側(cè)額定和輕載情況下的電壓電流換相角、系統(tǒng)額定功率以及各側(cè)視圖的CAD圖。

步驟2，利用三維建模軟件Pro/Engineer建立閥廳內(nèi)各電氣設(shè)備3D全模型，再將3D結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行電場計(jì)算。得到閥廳各處金具表面的電場值。

步驟3，電場校核：根據(jù)著名的peek公式，考慮大氣和海拔因素，以及換流站內(nèi)部長期運(yùn)行條件下金具表面積污情況，參考現(xiàn)有的超高壓直流閥廳設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，以及閥廳金具表面電場計(jì)算結(jié)果，確定閥廳內(nèi)各類金具電暈的起始場強(qiáng)控制參考值，作為金具表面場強(qiáng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

在上述的一種計(jì)算閥廳金具表面電場的方法，步驟3的具體方法包括：基于peek公式，確定出閥廳內(nèi)各類金具電暈的起始場強(qiáng)E_on：

$E_{on}=E_{0}m\mathrm{\δ}(1+\frac{k}{\sqrt{r\mathrm{\δ}}})$

式中，E_on為導(dǎo)線的起暈場強(qiáng)；E₀和k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；且對應(yīng)正極，E₀＝33.7。或?qū)?yīng)負(fù)極，E₀＝31.0；對應(yīng)正極，k＝0.24或?qū)?yīng)負(fù)極，k＝0.308；δ為相對空氣密度，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下δ＝1；r為導(dǎo)體半徑，單位cm；m為導(dǎo)線表面粗糙度系數(shù)，m≤1，m與制造工藝、氣象條件、以及線路運(yùn)行中可能附著在其表面的污穢、雜質(zhì)等均有關(guān)。

本閥廳內(nèi)的管母和均壓環(huán)(除閥塔避雷器均壓環(huán))，均為管狀結(jié)構(gòu)，可近似為圓柱形導(dǎo)體。因此，采用peek公式對管母和均壓環(huán)進(jìn)行起暈校核，并計(jì)算管母和均壓環(huán)的臨界起暈場強(qiáng)值，確定出閥廳內(nèi)各類金具電暈的起始場強(qiáng)E_on，作為參考值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的方法流程示意圖。

圖2是閥廳內(nèi)各主設(shè)備空間位置示意圖.

圖3是整體電場分布示意。。

圖4是Y側(cè)金具表面電場分布示意圖。

圖5是D側(cè)金具表面電場分布示意圖。

圖6是閥塔組件表面電場分布示意圖。

圖7是閥塔避雷器均壓環(huán)表面局部電場分布示意圖。

圖8是高壓出線側(cè)及500kV出線OCT裝置表面電場分布示意圖。

圖9是D側(cè)接地刀均壓環(huán)表面電場分布示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)時(shí)方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1

如圖1所示，計(jì)算某閥廳金具表面的電場。

步驟一：確定閥廳交直流側(cè)額定和輕載情況下的電壓電流換相角、系統(tǒng)額定功率、然后建立PSCAD電路仿真模型，對額定功率和輕載情況下(0.1倍額定功率)閥廳內(nèi)部各類金具電位激勵(lì)點(diǎn)的電位波形進(jìn)行仿真。然后對PSCAD仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了等時(shí)間間隔的離散提取，選擇40°左右的間隔。其中包含了高壓側(cè)(Y側(cè))YA、YB、YC及直流出線管母等部位所加的電位分別取最高值的時(shí)刻。本課題組根據(jù)以上選取的電位進(jìn)行加載和分析，來計(jì)算各關(guān)注點(diǎn)的電場強(qiáng)度。表1和表2所示分別為金官換流站極一高端閥廳內(nèi)部各連接金具在一個(gè)周期內(nèi)所選取的的瞬時(shí)電位分布。

表1額定功率

其中：黑色加粗字符為為一周期內(nèi)該處最大電位

表2 0.1pu功率

其中：黑色加粗字符為為一周期內(nèi)該處最大電位。

步驟二：建立模型，仿真計(jì)算。利用三維建模軟件Pro/Engineer建立閥廳內(nèi)各電氣設(shè)備3D全模型，全模型如圖2所示。再將3D結(jié)構(gòu)模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行電場計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖3～9所示。

從計(jì)算結(jié)果可知，在額定39.6°時(shí)，D側(cè)換流變C相接地刀均壓環(huán)附近對地電壓相差較大，而且距離墻壁較近，可能引起較大場強(qiáng)。通過再次計(jì)算，我們得出在在額定39.6°時(shí)，最大場強(qiáng)為20.09kV/cm，大于我們所取的幾組典型作為典型加載方式所取的最大值。最大位于D側(cè)換流變接地刀的金具線夾表面，最大場強(qiáng)為20.09kV/cm。

步驟三：電場校核，通過金具球電暈試驗(yàn)結(jié)果的擬合以及Peek公式，并結(jié)合環(huán)境因素考慮一定的過載倍數(shù)，得到閥廳典型金具的起暈場強(qiáng)控制值。綜合考慮各個(gè)加載時(shí)刻的情況，結(jié)合對應(yīng)的起暈場強(qiáng)控制值可以發(fā)現(xiàn)，閥廳各個(gè)部位的最大場強(qiáng)均低于起暈場強(qiáng)控制值，從場強(qiáng)控制角度來講存在較大裕度。

上述實(shí)施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術(shù)語進(jìn)行說明，但不能以此限定本專利的保護(hù)范圍，熟悉此技術(shù)領(lǐng)域的人士可在了解本專利的精神與原則后對其進(jìn)行變更或修改而達(dá)到等效目的，而此等效變更和修改，皆應(yīng)涵蓋于權(quán)利要求范圍所界定范疇內(nèi)。