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一种换流站异形金具的起晕 电场校核方法

阅读：605发布：2023-03-14

专利汇可以提供一种换流站异形金具的起晕电场校核方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种换流站异形金具的起晕电场校核方法。本发明首先对换流站内部阀厅和直流场中所有金具进行全模型建模，并结合以往工程经验制定许用场强限值；对阀厅和直流场进行全场域电场计算，挑选出场强最大值超过许用场强限值的异形金具，同时针对这些异形金具出现场强最大值部位的曲率，采用曲率半径 -起晕场强公式对其进行起晕场强计算。若某一金具的起晕场强计算结果大于其最大场强值，则不需要进行起晕试验，否则需要通过真型试验和电场仿真对其进行电晕校核，真型试验尽量模拟异形金具在正常运行中所处的环境。该方法大大减少了异形金具电晕校验试验的次数。并通过模拟异形金具在正常运行中所处的环境，获得更加准确的起晕场强。，下面是一种换流站异形金具的起晕电场校核方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种换流站异形金具的起晕电场校核方法，其特征在于包括：
步骤1：换流站全模型建模和全场域计算，具体是利用三维建模软件Pro/Engineer建立换流站阀厅和直流场内各电气设备3D全模型，再将3D结构模型导入ANSYS进行电场计算；得到阀厅和直流场内各种金具表面的电场分布，包括异形金具；
步骤2：电场超标异形金具筛选，具体是根据工程经验制定金具许用场强，先挑选最大场强值超过许用场强值的异形金具，再针对场强最大值部位的曲率，采用曲率半径-起晕场强公式对其起晕场强进行计算，公式如下：
-13 6 -10 5 -7 4 -4 3 2
E＝3×10 R-5×10 R+4×10 R-10 R+0.0242R-1.8865R+60.691
其中，E为起晕场强(kV/cm)，R为曲率半径(mm)
若该金具的起晕场强计算结果大于其最大场强值，则不需要进行起晕试验，否则，进行步骤3；
步骤3：异形金具起晕试验和电场仿真，具体是：试制筛选出的异形金具，并对其进行真型电晕试验；试验过程中尽量模拟异形金具在换流站正常运行时所处的环境，包括：
步骤3.1、模拟异形金具在换流站内正常工作所处的环境；
步骤3.2、通过直流高压电源等试验装置对其施加一定电压，并逐步增加电压值，直至其表面发生电晕，记录此时刻的电压值为起晕电压值；
步骤3.3、对该异形金具的试验环境进行三维全模型建模，导入电场仿真软件中进行电场计算；
步骤3.4、计算时对该异形金具加载起晕电压值，获得其表面最大电场值，并以此作为该异形金具起晕电场的参考值，若电晕放电的电压高于金具实际工作电压，起晕场强大于仿真得到的工作场强，且满足一定的裕度系数，则认为该异形金具符合电晕控制要求；否则对该异形金具进行结构优化，并将优化后的异形金具返回步骤1进行导入全模型中进行电场计算后重新进行筛选。

说明书全文

一种换流站异形金具的起晕电场校核方法

技术领域

[0001] 本发明属于电磁场数值仿真计算和高电压起晕试验研究领域。

背景技术

[0002] 换流站是直流输电工程中直流和交流进行相互能量转换的中枢，是直流输电的核心部位。而换流站金具作为高压直流换流站阀厅设备的重要组成部分，既包括套管连接金具球、均压环、连接管母等典型金具，又含有分裂导线线夹、分裂导线间隔棒、地刀静触头及一些起过渡转接作用的异形金具，其尺寸大小不一、而且结构复杂多样。这些金具不仅起着连接和固定换流站内阀厅和直流场中各电气设备的作用，确保电气设备安全正常运行，而且是确保整个直流输电系统正常运行的重要保证。因此，换流站金具的设计水平和生产质量是保证直流输电工程质量的重要环节。在换流站金具的设计中，必须严格防止电晕，避免电晕电荷的产生。电场强度是起晕判断的一个重要依据，换流站中均压环和连接管母等金具的起晕电场可以通过Peek公式进行估算，但是对于异形金具来说，其种类繁多，形状各异，结构复杂，Peek公式并不适用于异形金具起晕电场的校核。目前对于异形金具的起晕电场校核主要是通过真型试验，但是换流站内异形金具种类繁多，逐一进行起晕电场校验试验熬时费力且耗资巨大，而且无法考虑异形金具所在换流站中所处的真实情况，获得的异形金具起晕电场并不准确。

[0003] 针对异形金具起晕电场校核问题，本发明提出采用电场仿真和真型试验相结合的方法对换流站异形金具进行起晕电场校验。该方法通过对异形金具进行筛选，可以大大减少异形金具电晕试验的次数。并通过模拟异形金具在正常运行中所处的环境，获得更加准确的起晕场强，对换流站异形金具的设计及校核具有较强的指导意义。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种换流站异形金具的起晕电场校核方法，其特点是通过电场计算仿真和真型电晕试验相结合，对换流站内阀厅和直流场中的异形金具，如分裂导线线夹、分裂导线间隔棒、地刀静触头等进行起晕电场的校核。以期减少真型电晕试验的次数，获得更为准确的异形金具起晕电场。

[0005] 本发明提供的方法主要有换流站全模型建模和全场域计算、曲率半径-起晕场强公式、电场超标异形金具筛选、异形金具起晕试验及其电场仿真、异形金具结构优化几大部分组成。具体步骤如下：

[0006] 步骤1：换流站全模型建模和全场域计算，具体是利用三维建模软件Pro/Engineer建立换流站阀厅和直流场内各电气设备3D全模型，再将3D结构模型导入ANSYS进行电场计算；得到阀厅和直流场内各种金具表面的电场分布，包括异形金具；

[0007] 步骤2：电场超标异形金具筛选，具体是根据工程经验制定金具许用场强，先挑选最大场强值超过许用场强值的异形金具，再针对场强最大值部位的曲率，采用曲率半径-起晕场强公式对其起晕场强进行计算，公式如下：

[0008] E＝3×10-13R6-5×10-10R5+4×10-7R4-10-4R3+0.0242R2-1.8865R+60.691[0009] 其中，E为起晕场强(kV/cm)，R为曲率半径(mm)

[0010] 若该金具的起晕场强计算结果大于其最大场强值，则不需要进行起晕试验，否则，进行步骤3；

[0011] 步骤3：异形金具起晕试验和电场仿真，具体是：试制筛选出的异形金具，并对其进行真型电晕试验；试验过程中尽量模拟异形金具在换流站正常运行时所处的环境，包括：

[0012] 步骤3.1、模拟异形金具在换流站内正常工作所处的环境；

[0013] 步骤3.2、通过直流高压电源等试验装置对其施加一定电压，并逐步增加电压值，直至其表面发生电晕，记录此时刻的电压值为起晕电压值；

[0014] 步骤3.3、对该异形金具的试验环境进行三维全模型建模，导入电场仿真软件中进行电场计算；

[0015] 步骤3.4、计算时对该异形金具加载起晕电压值，获得其表面最大电场值，并以此作为该异形金具起晕电场的参考值，若电晕放电的电压高于金具实际工作电压，起晕场强大于仿真得到的工作场强，且满足一定的裕度系数，则认为该异形金具符合电晕控制要求；否则对该异形金具进行结构优化，并将优化后的异形金具返回步骤1进行导入全模型中进行电场计算后重新进行筛选。

[0016] 因此，本发明具有如下优点：该方法利用电场仿真和曲率半径-起晕场强公式对需要试验的异形金具进行筛选，大大减少了异形金具电晕校验试验的次数。并通过模拟异形金具在正常运行中所处的环境，获得更加准确的起晕场强，对换流站异形金具的设计及校核具有较强的指导意义。附图说明

[0017] 图1是换流站异形金具的起晕电场校核方法流程示意图。

[0018] 图2是步骤1中利用三维建模软件所建立±500kV换流站阀厅内各电气设备3D全模型。

[0019] 图3是步骤1中通过电场仿真计算得到的换流站阀厅在额定工况39.6°时的电场分布图。

[0020] 图4是步骤1中通过电场仿真计算得到的608a异形金具的电场分布图。

具体实施方式

[0021] 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，给出了详细的实施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。

[0022] 首先介绍本发明的方法原理，包括：

[0023] 步骤1：换流站全模型建模和全场域计算，具体是利用三维建模软件Pro/Engineer建立换流站阀厅和直流场内各电气设备3D全模型，再将3D结构模型导入ANSYS进行电场计算；得到阀厅和直流场内各种金具表面的电场分布，包括异形金具；

[0024] 步骤2：电场超标异形金具筛选，具体是根据工程经验制定金具许用场强，先挑选最大场强值超过许用场强值的异形金具，再针对场强最大值部位的曲率，采用曲率半径-起晕场强公式对其起晕场强进行计算，公式如下：

[0025] E＝3×10-13R6-5×10-10R5+4×10-7R4-10-4R3+0.0242R2-1.8865R+60.691[0026] 其中，E为起晕场强(kV/cm)，R为曲率半径(mm)

[0027] 若该金具的起晕场强计算结果大于其最大场强值，则不需要进行起晕试验，否则，进行步骤3；

[0028] 步骤3：异形金具起晕试验和电场仿真，具体是：试制筛选出的异形金具，并对其进行真型电晕试验；试验过程中尽量模拟异形金具在换流站正常运行时所处的环境，包括：

[0029] 步骤3.1、模拟异形金具在换流站内正常工作所处的环境；

[0030] 步骤3.2、通过直流高压电源等试验装置对其施加一定电压，并逐步增加电压值，直至其表面发生电晕，记录此时刻的电压值为起晕电压值；

[0031] 步骤3.3、对该异形金具的试验环境进行三维全模型建模，导入电场仿真软件中进行电场计算；

[0032] 步骤3.4、计算时对该异形金具加载起晕电压值，获得其表面最大电场值，并以此作为该异形金具起晕电场的参考值，若电晕放电的电压高于金具实际工作电压，起晕场强大于仿真得到的工作场强，且满足一定的裕度系数，则认为该异形金具符合电晕控制要求；否则对该异形金具进行结构优化，并将优化后的异形金具返回步骤1进行导入全模型中进行电场计算后重新进行筛选。

[0033] 实施例

[0034] 以某±500kV换流站高端阀厅为例，根据工程经验设置许用场强为18kV/cm。采用本方法获得对608a异形金具的起晕电场。具体步骤如下：

[0035] (1)利用三维建模软件Pro/Engineer建立±500kV换流站阀厅内各电气设备3D全模型如图2所示。并在图2中标出了对608a异形金具所在的位置和具体结构。

[0036] (2)将整体模型导入电场仿真软件ANSYS中，在额定工况下进行电场计算，得到换流站阀厅全场域电场分布和对608a异形金具的电场分布如图3、图4所示。对608a异形金具的最大场强为22.80kV/cm，出现在连板棱边部位，其曲率半径为5mm。

[0037] 通过曲率半径-起晕场强公式计算得到该金具连板棱边部位的起晕场强为51.85125kV/cm。尽管608a异形金具的最大场强超出许用场强，但通过曲率半径-起晕场强公式计算出来的连板棱边部位的起晕场强远大于最大场强计算值22.80kV/cm，说明该金具并无起晕风险，不需要进行起晕试验。因此，此金具设计合理，可以投运。

[0038] 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。

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