某±500kV柔直工程启动电阻表面电场计算

安徽理工大学 石 钰

基于某±500kV柔直工程北京站电阻器3D模型，结合ANSYS电场仿真分析，计算电阻器整体电场分布，重点关注电阻器连接母排处金具表面电场强度。并结合相应的优化措施，计算优化后的电阻器表面电场强度。

引言：本文是以电阻器3D模型为整体模型，简化对场强影响不大的部分，加载正确的边界条件，获得电阻器整体模型表面电场分布，给出电场分布云图，提取最大场强位置点；其中重点关注电阻器连接母排处金具的电场强度，给出电场分布云图，提取最大场强位置点；最后计算加设优化措施后的电阻器表面电场强度。

1 电阻器建模

针对某±500kV柔直工程电阻器3D模型，利用Pro/E建模软件，建立3D全模型，并对非重点关注器件进行了相应的简化，如忽略电阻器块表面小零件，忽略绝缘伞裙，支柱绝缘子上的法兰等。最终建模如图1所示。

图1 电阻器整体模型

2 电阻器表面电场计算

结合ANSYS电场仿真分析，计算电阻器整体电场分布，重点关注电阻器各个母排以及其连接处金具表面电场强度。计算过程中，绝缘的电阻率设置为1×1015Ω•m。出线套管端子和电阻器箱体加压方式为进线端加载550kV电位，出线端加载0kV电位，其余套管接线端子按照电阻分压依次加载，电阻器箱体加载其两端接线端子中间电位，地面、外包空气加载零电位。由于加载电压为直流电压，故本计算在恒定电场下进行。计算所得电位和电场分布如图2所示。

图2

由图2可以看出，电阻器最大电场值为51.49kV/cm，位于最左侧顶端出线套管端子上，这是由于，该处套管端子与电阻器箱体电位不同，导致电位变化剧烈，使得附近电场增大。而电阻器箱体表面的电场并不高。

通过对左上侧短母排进行电场仿真可得到，最大场强出现在短母排的尾端，为28.81kV/cm。这是由于短母排与电阻器箱体电位不等，且具有尖端，导致电位梯度变化剧烈，使得场强增大。垫片、套管端子端部电场也较大，其余短母排电场分布相似。通过仿真可以发现，母排的最大场强均集中在其边缘尖端处，建议对其进行倒角处理。

3 优化措施

针对部分金具电场强度超过限值的问题，本文对套管出线端子、电阻器箱体拐角处加设均压环等屏蔽措施，已达到降低场强的目的。根据最新要求建立电阻器箱体均压环，套管均压环。

图3 母排连接处局部模型

4 优化后的电阻器表面电场计算

结合ANSYS电场仿真分析，计算电阻器整体电场分布，仍重点关注电阻器各个母排以及其连接处金具表面电场强度。计算过程中，绝缘的电阻率设置为1×1015Ω•m。，进出线端子、电阻器箱体均为550kV，地面、外包空气加载零电位。通过仿真结果显示，电阻器最大电场值为9.22kV/cm，位于左侧下端出线套管端子的均压环上，其电场分布如图4所示。

图4 最大表面场强所在的均压环表面电场分布(kV/m)

最大场强出现在均压环的下侧。这是由于该处与地面零电位距离较近，导致电位变化剧烈，使得附近电场增大。

由图可看出，最大场强出现在最下层右侧的均压环下侧。这是由于该处与地面零电位距离较近，且拐角处曲率较大，导致电位梯度变化较大，使得场强增大。