安徽理工大學(xué) 石 鈺

基于某±500kV柔直工程北京站電阻器3D模型，結(jié)合ANSYS電場(chǎng)仿真分析，計(jì)算電阻器整體電場(chǎng)分布，重點(diǎn)關(guān)注電阻器連接母排處金具表面電場(chǎng)強(qiáng)度。并結(jié)合相應(yīng)的優(yōu)化措施，計(jì)算優(yōu)化后的電阻器表面電場(chǎng)強(qiáng)度。

引言：本文是以電阻器3D模型為整體模型，簡(jiǎn)化對(duì)場(chǎng)強(qiáng)影響不大的部分，加載正確的邊界條件，獲得電阻器整體模型表面電場(chǎng)分布，給出電場(chǎng)分布云圖，提取最大場(chǎng)強(qiáng)位置點(diǎn)；其中重點(diǎn)關(guān)注電阻器連接母排處金具的電場(chǎng)強(qiáng)度，給出電場(chǎng)分布云圖，提取最大場(chǎng)強(qiáng)位置點(diǎn)；最后計(jì)算加設(shè)優(yōu)化措施后的電阻器表面電場(chǎng)強(qiáng)度。

1 電阻器建模

針對(duì)某±500kV柔直工程電阻器3D模型，利用Pro/E建模軟件，建立3D全模型，并對(duì)非重點(diǎn)關(guān)注器件進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化，如忽略電阻器塊表面小零件，忽略絕緣傘裙，支柱絕緣子上的法蘭等。最終建模如圖1所示。

圖1 電阻器整體模型

2 電阻器表面電場(chǎng)計(jì)算

結(jié)合ANSYS電場(chǎng)仿真分析，計(jì)算電阻器整體電場(chǎng)分布，重點(diǎn)關(guān)注電阻器各個(gè)母排以及其連接處金具表面電場(chǎng)強(qiáng)度。計(jì)算過程中，絕緣的電阻率設(shè)置為1×1015Ω?m。出線套管端子和電阻器箱體加壓方式為進(jìn)線端加載550kV電位，出線端加載0kV電位，其余套管接線端子按照電阻分壓依次加載，電阻器箱體加載其兩端接線端子中間電位，地面、外包空氣加載零電位。由于加載電壓為直流電壓，故本計(jì)算在恒定電場(chǎng)下進(jìn)行。計(jì)算所得電位和電場(chǎng)分布如圖2所示。

圖2

由圖2可以看出，電阻器最大電場(chǎng)值為51.49kV/cm，位于最左側(cè)頂端出線套管端子上，這是由于，該處套管端子與電阻器箱體電位不同，導(dǎo)致電位變化劇烈，使得附近電場(chǎng)增大。而電阻器箱體表面的電場(chǎng)并不高。

通過對(duì)左上側(cè)短母排進(jìn)行電場(chǎng)仿真可得到，最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在短母排的尾端，為28.81kV/cm。這是由于短母排與電阻器箱體電位不等，且具有尖端，導(dǎo)致電位梯度變化劇烈，使得場(chǎng)強(qiáng)增大。墊片、套管端子端部電場(chǎng)也較大，其余短母排電場(chǎng)分布相似。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，母排的最大場(chǎng)強(qiáng)均集中在其邊緣尖端處，建議對(duì)其進(jìn)行倒角處理。

3 優(yōu)化措施

針對(duì)部分金具電場(chǎng)強(qiáng)度超過限值的問題，本文對(duì)套管出線端子、電阻器箱體拐角處加設(shè)均壓環(huán)等屏蔽措施，已達(dá)到降低場(chǎng)強(qiáng)的目的。根據(jù)最新要求建立電阻器箱體均壓環(huán)，套管均壓環(huán)。

圖3 母排連接處局部模型

4 優(yōu)化后的電阻器表面電場(chǎng)計(jì)算

結(jié)合ANSYS電場(chǎng)仿真分析，計(jì)算電阻器整體電場(chǎng)分布，仍重點(diǎn)關(guān)注電阻器各個(gè)母排以及其連接處金具表面電場(chǎng)強(qiáng)度。計(jì)算過程中，絕緣的電阻率設(shè)置為1×1015Ω?m。，進(jìn)出線端子、電阻器箱體均為550kV，地面、外包空氣加載零電位。通過仿真結(jié)果顯示，電阻器最大電場(chǎng)值為9.22kV/cm，位于左側(cè)下端出線套管端子的均壓環(huán)上，其電場(chǎng)分布如圖4所示。

圖4 最大表面場(chǎng)強(qiáng)所在的均壓環(huán)表面電場(chǎng)分布(kV/m)

最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在均壓環(huán)的下側(cè)。這是由于該處與地面零電位距離較近，導(dǎo)致電位變化劇烈，使得附近電場(chǎng)增大。

由圖可看出，最大場(chǎng)強(qiáng)出現(xiàn)在最下層右側(cè)的均壓環(huán)下側(cè)。這是由于該處與地面零電位距離較近，且拐角處曲率較大，導(dǎo)致電位梯度變化較大，使得場(chǎng)強(qiáng)增大。