某±500kV柔直工程启动电阻表面电场计算
2018-11-14安徽理工大学
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。