一种±660kV阀厅直流金具选型方法技术

本发明专利技术提出了针对±660kV直流换流站阀厅运行安全有关键作用的±660kV电压等级金具的选型方法。采用了自定义建模的方法以阀厅整体为研究对象，对阀厅内电场运行环境分析，形成建模、分析方法。该金具选型方法首次应用于世界上首个±660kV直流换流站阀厅，为今后±660kV阀厅金具选型提供了技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于士660kV直流输电领域，涉及士660kV阀厅直流金具分析和优化方法， 用于改善士660kV直流阀厅运行环境，减少阀厅体积，降低阀厅建设成本。
技术介绍
近年来，随着西部开发的逐步深入及全国经济的快速发展，西北及西南的众多发电基地逐渐兴起。在建的宁东-山东直流输电项目在综合考虑了传输容量及工程造价的情况下选择了士660kV这一全新的电压等级，该电压等级介于常规500kV常规电压及SOOkV 特高压之间，是世界范围内首次采用该电压等级并投运的直流输电项目。我国在“十二五” 电网规划中计划修建众多直流输电项目中，士660kV电压等级的直流输电项目占了一定的比例。阀厅是直流输电工程的核心建筑，交直流在此转换，内部设备众多，其电压高且等级多。由于受到占地面积及造价的限制，阀厅体量有限，因此各设备之间的绝缘配合关系复杂，很难以传统的单一设备绝缘配合关系考虑。在建和运行的500kV直流阀厅目前研究的比较多且相对简单，SOOkV阀厅的设计尚不成熟，660kV电压等级的阀厅属于全新的领域， 其设备布置方式介于上述两个电压等级之间。不同电压等级的阀厅，其内部的电磁环境有很大不同甚至存在本质区别。为确保阀厅内设备正常运行且在任何可能的运行工况下不发生闪络，选择恰当规格的阀厅金具至关重要。阀厅内电场分布复杂，且受设备布置、场地的限制，阀厅内所用金具不同于常规交直流金具，且每一个工程均有较大的变化。以往工程中均以经验推算金具的规格，并且仅考虑设备个体的金具设计并未考虑阀厅整体运行情况，且无系统的计算方法和理论依据为金具选型做理论支撑。对于660kV这一全新的电压等级，需要提出可靠的理论计算方法以选择合理的金具规格。本专利技术根据660kV阀厅的特点，以阀厅作为整体研究对象，对660kV阀厅的电场分布进行了数值计算和仿真分析，提出了 660kV阀厅金具的选型设计方法，为今后660kV阀厅金具的选型提供了可靠的理论依据，为660kV阀厅运行提供了安全保障，推进我国直流输电项目的快速发展。该方法可推广至其他电压等级的阀厅金具选型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可靠的金具选型计算方法，以阀厅整体作为研究对象，采用有限元法完全真实、可靠的模拟不同金具选型情况下阀厅的电场分布，最终选择合理的阀厅金具规格。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案如下初步选择阀厅均压球及均压环等金具的尺寸及位置，并对阀厅整体进行建模，对阀厅的电场分布进行计算和分析，根据分析结果提出金具的优化方案。本专利技术的技术方案具体叙述如下1.计算模型的建立考虑到金属导体对于空间电位、电场分布起着主要作用，阀厅模型中只考虑了阀厅内的金属导体、部件，其他非金属部件在建模中不考虑。采用Ansys计算软件仿真计算。 阀厅内部各元件外套有四个空气域#1 #4(如图2所示)，用于控制四面体网格剖分由内部导体向外部阀厅边界的过渡，根据阀厅尺寸划分每个空气域的尺寸。四个空气域的外部再建一个阀厅实际尺寸大小的空气域(如图3所示)，用于表示阀厅内部的整个空间。对阀厅内部元件和外部五个空气域模型的剖分(图4)。模型剖分步骤如下1)采用Ansys自动剖分模式对阀厅内部所有导体进行网格剖分；2)采用手动单元边长控制和Ansys自动剖分的混合模式对包含阀厅内部导体的四个空气域进行网格剖分；3)采用手动单元边长控制和Ansys自动剖分的混合模式对表示阀厅内部整个空间的外部空气域进行剖分。施加模型边界条件1)阀厅内部各管线导体表面施加电压2)最外层空气域的外表面施加零电位求解过程采用Ansys的分布式预处理共轭梯度法DPCG求解阀厅内部的静电场。2.场强与电位分布计算与仿真仿真计算主要关注Yy与Yd换流变连接的A、B、C各相线，上下管母，阀塔各部件表面及附近的场强分布、最大场强及电位分布。最后以阀厅作为整体分析阀厅的场强分布3.分析计算结果并给出选型结论对阀厅局部(图5)及阀厅整体(图6)分别仿真计算分析。 附图说明图1 :660kV阀厅模型。图a) c)分别表示阀厅的正视图、俯视图和侧视图。图2 用于网格剖分过渡的阀厅内部元件外的四个空气域。图a) b)分别表示阀厅的俯视图和侧视图。图3 阀厅整个空间的空气域。图a) b)分别表示其俯视图和侧视图。图4:阀厅内部导体网格剖分图。其中图a) b)分别表示侧视图及其局部放大图；图c)表示包围阀厅内部导体的#1 #4空气域网格剖分图；图d)表示阀厅内部整个空间的空气域网格剖分图。图5表示包围各管线导体的#1 M空气域内所做的相关场量的切面6表示阀厅整体场强和电位的空间分布结果，分别示于图a)和图b)。具体实施例方式以下结合附图和专利技术人依上述技术方案所完成的具体实例对本专利技术作进一步的描述。1.计算模型的建立选择阀厅均压球的尺寸(Yy换流变x/y/z跳接金具直径为Φ 1600mm,其余金具尺寸统一均设置为Φ 1200mm)，考虑到金属导体对于空间电位、电场分布起着主要作用，阀厅模型中考虑了 yy换流变连接与yd换流变连接部分的各相引出线、上下管母、避雷器和阀塔等金属元件，绝缘子等非金属部件在建模中不予考虑(图1)。阀厅内部各元件为金属导体，在Ansys中用介电常数很大的材料来模拟导体内部场强为零的性质。导体相对介电常数取为106。阀厅内部各元件外套有四个空气域#1 #4，每个空气域的尺寸为 34X9.9X10. 3m(如图2所示)，用于控制四面体网格剖分由内部导体向外部阀厅边界的过 渡。四个空气域的外部再建一个阀厅实际尺寸大小(68X40X30m)的空气域(如图3 所示)，用于表示阀厅内部的整个空间。对阀厅内部元件和外部五个空气域模型的剖分(图4)采用专门用于静电场分析的四面体S0LID123号单元。模型剖分步骤如下1)采用Ansys自动剖分模式对阀厅内部所有导体进行网格剖分，自动剖分精度控制采用四级；2)采用手动单元边长控制和Ansys自动剖分的混合模式对包含阀厅内部导体的四个空气域进行网格剖分，自动剖分精度采用四级；3)采用手动单元边长控制和Ansys自动剖分的混合模式对表示阀厅内部整个空间的外部空气域进行剖分，自动剖分精度采用四级。施加模型边界条件1)阀厅内部各管线导体表面施加电压如下yy 连接 A 相380kVyy 连接 B 相320kVyy 连接 C 相660kVyy连接中性点460kVyd 连接 A 相OkVyd 连接 B 相OkVyd 连接 C 相330kV上管母33OkV yy连接部分下管母660kVyd连接部分下管母0kV2)最外层空气域的外表面施加零电位基于具有四个节点的并行计算平台，求解过程采用Ansys的分布式预处理共轭梯度法DPCG求解阀厅内部的静电场。DPCG求解器的相对精度设为10。2.场强与电位分布计算与仿真仿真计算主要关注Yy与Yd换流变连接的A、B、C各相线，上下管母，阀塔各部件表面及附近的场强分布、最大场强及电位分布。图5)给出的是分别在包围各管线导体的#1 #4空气域内所做的部分相关场量及电位的切面图。其中1)图a)为Yy换流变连接ABC三相及中性点的电场强度分布计算结果，Em =26. 22kV/cm0由图可看出，yy连接C相引出线表面场强较其它两相较大，这是由于C相电压为660kV，大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．本专利技术的目的在于提供一种可靠的金具选型计算方法，以阀厅整体作为研究对象，采用有限元法完全真实、可靠的模拟不同金具选型情况下阀厅的电场分布，最终选择合理的阀厅金具规格。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常浩，马为民，陈东，于洋，乐波，郎鹏越，程炜，
申请(专利权)人：北京网联直流工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11