一种计算阀厅金具表面电场的方法与流程

本发明涉及超/特高压直流输电的电场计算技术，尤其涉及换流站阀厅金具表面电场求解的方法。

背景技术：

阀厅是直流成套设计、工程设计、厂家设备、施工安装等多接口、多界面、多层次及多阶段的配合焦点，技术复杂、接口繁多，部分核心技术一直为外方掌握。阀厅金具作为连接阀厅内各电气设备的桥梁，是确保阀厅内部各设备安全运行的重要设备，并且是确保整个直流输电系统正确运行必不可少的组成部分，正确合理的选择阀厅金具具有重要意义。阀厅金具设计的核心是阀厅形状尺寸与空气净距的配合关系，由于国外公司对金具设计原理及依据均有严格的技术保护，所以很少有文献资料。为了确保阀厅金具表面不气晕,保证阀厅内各设备的安全运行,因此对,高压直流阀厅内部金具表面电场计算显得尤为重要。

近几年，国内相关团队基于电磁场有限元计算软件，使用数值计算方法分析了某一加载条件下阀厅内整体电场分布的情况，但是针对高压换流站阀厅内部设备，建立全模型，分析在各种运行情况下的表面电场分布还很少有文献提及，主要是因为阀厅内设备众多、工作环境复杂，仿真手段和方法受限所致。深入研究高压直流阀厅内部金具表面电场计算方法，对重点关注的金具进行优化分析，使得金具表面电场强度得到很好的控制，阀厅内的电晕水平控制在较低的程度，保障阀厅内的电力电子设备安全稳定运行。另一方面通过电场分析，可得到阀厅金具表面电场强度与形状尺寸的变化规律，提供金具设计的相关参数和优化方向，为特高压直流阀厅金具自主设计、自主制造奠定基础。

本研究以现行换流站阀厅实际运行中存在的问题作为出发点，研究并发明了一种计算简单、准确度高、效率高、切实可行的计算阀厅内电场的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种计算阀厅金具表面电场的方法,其特点是计算简单、准确度高、效率高、切实可行。

本发明所提供一种计算阀厅金具表面电场的方法包括以下几个步骤：

一种计算阀厅金具表面电场的方法，包括：

步骤1，收集参数值，包括阀厅交直流侧额定和轻载情况下的电压电流换相角、系统额定功率以及各侧视图的CAD图。

步骤2，利用三维建模软件Pro/Engineer建立阀厅内各电气设备3D全模型，再将3D结构模型导入ANSYS进行电场计算。得到阀厅各处金具表面的电场值。

步骤3，电场校核：根据著名的peek公式，考虑大气和海拔因素，以及换流站内部长期运行条件下金具表面积污情况，参考现有的超高压直流阀厅设备运行经验，以及阀厅金具表面电场计算结果，确定阀厅内各类金具电晕的起始场强控制参考值，作为金具表面场强优化设计的参考依据。

在上述的一种计算阀厅金具表面电场的方法，步骤3的具体方法包括：基于peek公式，确定出阀厅内各类金具电晕的起始场强E_on：

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

式中，E_on为导线的起晕场强；E₀和k为经验常数；且对应正极，E₀＝33.7。或对应负极，E₀＝31.0；对应正极，k＝0.24或对应负极，k＝0.308；δ为相对空气密度，标准大气压下δ＝1；r为导体半径，单位cm；m为导线表面粗糙度系数，m≤1，m与制造工艺、气象条件、以及线路运行中可能附着在其表面的污秽、杂质等均有关。

本阀厅内的管母和均压环(除阀塔避雷器均压环)，均为管状结构，可近似为圆柱形导体。因此，采用peek公式对管母和均压环进行起晕校核，并计算管母和均压环的临界起晕场强值，确定出阀厅内各类金具电晕的起始场强E_on，作为参考值。

附图说明

图1是本发明的方法流程示意图。

图2是阀厅内各主设备空间位置示意图.

图3是整体电场分布示意。。

图4是Y侧金具表面电场分布示意图。

图5是D侧金具表面电场分布示意图。

图6是阀塔组件表面电场分布示意图。

图7是阀塔避雷器均压环表面局部电场分布示意图。

图8是高压出线侧及500kV出线OCT装置表面电场分布示意图。

图9是D侧接地刀均压环表面电场分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实时方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，计算某阀厅金具表面的电场。

步骤一：确定阀厅交直流侧额定和轻载情况下的电压电流换相角、系统额定功率、然后建立PSCAD电路仿真模型，对额定功率和轻载情况下(0.1倍额定功率)阀厅内部各类金具电位激励点的电位波形进行仿真。然后对PSCAD仿真得到的数据进行了等时间间隔的离散提取，选择40°左右的间隔。其中包含了高压侧(Y侧)YA、YB、YC及直流出线管母等部位所加的电位分别取最高值的时刻。本课题组根据以上选取的电位进行加载和分析，来计算各关注点的电场强度。表1和表2所示分别为金官换流站极一高端阀厅内部各连接金具在一个周期内所选取的的瞬时电位分布。

表1额定功率

其中：黑色加粗字符为为一周期内该处最大电位

表2 0.1pu功率

其中：黑色加粗字符为为一周期内该处最大电位。

步骤二：建立模型，仿真计算。利用三维建模软件Pro/Engineer建立阀厅内各电气设备3D全模型，全模型如图2所示。再将3D结构模型导入ANSYS进行电场计算，计算结果如图3～9所示。

从计算结果可知，在额定39.6°时，D侧换流变C相接地刀均压环附近对地电压相差较大，而且距离墙壁较近，可能引起较大场强。通过再次计算，我们得出在在额定39.6°时，最大场强为20.09kV/cm，大于我们所取的几组典型作为典型加载方式所取的最大值。最大位于D侧换流变接地刀的金具线夹表面，最大场强为20.09kV/cm。

步骤三：电场校核，通过金具球电晕试验结果的拟合以及Peek公式，并结合环境因素考虑一定的过载倍数，得到阀厅典型金具的起晕场强控制值。综合考虑各个加载时刻的情况，结合对应的起晕场强控制值可以发现，阀厅各个部位的最大场强均低于起晕场强控制值，从场强控制角度来讲存在较大裕度。

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。