一種±660kV閥廳直流金具選型方法技術

本發明專利技術提出了針對±660kV直流換流站閥廳運行安全有關鍵作用的±660kV電壓等級金具的選型方法。采用了自定義建模的方法以閥廳整體為研究對象，對閥廳內電場運行環境分析，形成建模、分析方法。該金具選型方法首次應用于世界上首個±660kV直流換流站閥廳，為今后±660kV閥廳金具選型提供了技術支持。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于士660kV直流輸電領域，涉及士660kV閥廳直流金具分析和優化方法， 用于改善士660kV直流閥廳運行環境，減少閥廳體積，降低閥廳建設成本。
技術介紹
近年來，隨著西部開發的逐步深入及全國經濟的快速發展，西北及西南的眾多發電基地逐漸興起。在建的寧東-山東直流輸電項目在綜合考慮了傳輸容量及工程造價的情況下選擇了士660kV這一全新的電壓等級，該電壓等級介于常規500kV常規電壓及SOOkV 特高壓之間，是世界范圍內首次采用該電壓等級并投運的直流輸電項目。我國在“十二五” 電網規劃中計劃修建眾多直流輸電項目中，士660kV電壓等級的直流輸電項目占了一定的比例。閥廳是直流輸電工程的核心建筑，交直流在此轉換，內部設備眾多，其電壓高且等級多。由于受到占地面積及造價的限制，閥廳體量有限，因此各設備之間的絕緣配合關系復雜，很難以傳統的單一設備絕緣配合關系考慮。在建和運行的500kV直流閥廳目前研究的比較多且相對簡單，SOOkV閥廳的設計尚不成熟，660kV電壓等級的閥廳屬于全新的領域， 其設備布置方式介于上述兩個電壓等級之間。不同電壓等級的閥廳，其內部的電磁環境有很大不同甚至存在本質區別。為確保閥廳內設備正常運行且在任何可能的運行工況下不發生閃絡，選擇恰當規格的閥廳金具至關重要。閥廳內電場分布復雜，且受設備布置、場地的限制，閥廳內所用金具不同于常規交直流金具，且每一個工程均有較大的變化。以往工程中均以經驗推算金具的規格，并且僅考慮設備個體的金具設計并未考慮閥廳整體運行情況，且無系統的計算方法和理論依據為金具選型做理論支撐。對于660kV這一全新的電壓等級，需要提出可靠的理論計算方法以選擇合理的金具規格。本專利技術根據660kV閥廳的特點，以閥廳作為整體研究對象，對660kV閥廳的電場分布進行了數值計算和仿真分析，提出了 660kV閥廳金具的選型設計方法，為今后660kV閥廳金具的選型提供了可靠的理論依據，為660kV閥廳運行提供了安全保障，推進我國直流輸電項目的快速發展。該方法可推廣至其他電壓等級的閥廳金具選型。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種可靠的金具選型計算方法，以閥廳整體作為研究對象，采用有限元法完全真實、可靠的模擬不同金具選型情況下閥廳的電場分布，最終選擇合理的閥廳金具規格。為了實現上述目的，本專利技術所采取的技術方案如下初步選擇閥廳均壓球及均壓環等金具的尺寸及位置，并對閥廳整體進行建模，對閥廳的電場分布進行計算和分析，根據分析結果提出金具的優化方案。本專利技術的技術方案具體敘述如下1.計算模型的建立考慮到金屬導體對于空間電位、電場分布起著主要作用，閥廳模型中只考慮了閥廳內的金屬導體、部件，其他非金屬部件在建模中不考慮。采用Ansys計算軟件仿真計算。 閥廳內部各元件外套有四個空氣域#1 #4(如圖2所示)，用于控制四面體網格剖分由內部導體向外部閥廳邊界的過渡，根據閥廳尺寸劃分每個空氣域的尺寸。四個空氣域的外部再建一個閥廳實際尺寸大小的空氣域(如圖3所示)，用于表示閥廳內部的整個空間。對閥廳內部元件和外部五個空氣域模型的剖分(圖4)。模型剖分步驟如下1)采用Ansys自動剖分模式對閥廳內部所有導體進行網格剖分；2)采用手動單元邊長控制和Ansys自動剖分的混合模式對包含閥廳內部導體的四個空氣域進行網格剖分；3)采用手動單元邊長控制和Ansys自動剖分的混合模式對表示閥廳內部整個空間的外部空氣域進行剖分。施加模型邊界條件1)閥廳內部各管線導體表面施加電壓2)最外層空氣域的外表面施加零電位求解過程采用Ansys的分布式預處理共軛梯度法DPCG求解閥廳內部的靜電場。2.場強與電位分布計算與仿真仿真計算主要關注Yy與Yd換流變連接的A、B、C各相線，上下管母，閥塔各部件表面及附近的場強分布、最大場強及電位分布。最后以閥廳作為整體分析閥廳的場強分布3.分析計算結果并給出選型結論對閥廳局部(圖5)及閥廳整體(圖6)分別仿真計算分析。 附圖說明圖1 :660kV閥廳模型。圖a) c)分別表示閥廳的正視圖、俯視圖和側視圖。圖2 用于網格剖分過渡的閥廳內部元件外的四個空氣域。圖a) b)分別表示閥廳的俯視圖和側視圖。圖3 閥廳整個空間的空氣域。圖a) b)分別表示其俯視圖和側視圖。圖4:閥廳內部導體網格剖分圖。其中圖a) b)分別表示側視圖及其局部放大圖；圖c)表示包圍閥廳內部導體的#1 #4空氣域網格剖分圖；圖d)表示閥廳內部整個空間的空氣域網格剖分圖。圖5表示包圍各管線導體的#1 M空氣域內所做的相關場量的切面6表示閥廳整體場強和電位的空間分布結果，分別示于圖a)和圖b)。具體實施例方式以下結合附圖和專利技術人依上述技術方案所完成的具體實例對本專利技術作進一步的描述。1.計算模型的建立選擇閥廳均壓球的尺寸(Yy換流變x/y/z跳接金具直徑為Φ 1600mm,其余金具尺寸統一均設置為Φ 1200mm)，考慮到金屬導體對于空間電位、電場分布起著主要作用，閥廳模型中考慮了 yy換流變連接與yd換流變連接部分的各相引出線、上下管母、避雷器和閥塔等金屬元件，絕緣子等非金屬部件在建模中不予考慮(圖1)。閥廳內部各元件為金屬導體，在Ansys中用介電常數很大的材料來模擬導體內部場強為零的性質。導體相對介電常數取為106。閥廳內部各元件外套有四個空氣域#1 #4，每個空氣域的尺寸為 34X9.9X10. 3m(如圖2所示)，用于控制四面體網格剖分由內部導體向外部閥廳邊界的過 渡。四個空氣域的外部再建一個閥廳實際尺寸大小(68X40X30m)的空氣域(如圖3 所示)，用于表示閥廳內部的整個空間。對閥廳內部元件和外部五個空氣域模型的剖分(圖4)采用專門用于靜電場分析的四面體S0LID123號單元。模型剖分步驟如下1)采用Ansys自動剖分模式對閥廳內部所有導體進行網格剖分，自動剖分精度控制采用四級；2)采用手動單元邊長控制和Ansys自動剖分的混合模式對包含閥廳內部導體的四個空氣域進行網格剖分，自動剖分精度采用四級；3)采用手動單元邊長控制和Ansys自動剖分的混合模式對表示閥廳內部整個空間的外部空氣域進行剖分，自動剖分精度采用四級。施加模型邊界條件1)閥廳內部各管線導體表面施加電壓如下yy 連接 A 相380kVyy 連接 B 相320kVyy 連接 C 相660kVyy連接中性點460kVyd 連接 A 相OkVyd 連接 B 相OkVyd 連接 C 相330kV上管母33OkV yy連接部分下管母660kVyd連接部分下管母0kV2)最外層空氣域的外表面施加零電位基于具有四個節點的并行計算平臺，求解過程采用Ansys的分布式預處理共軛梯度法DPCG求解閥廳內部的靜電場。DPCG求解器的相對精度設為10。2.場強與電位分布計算與仿真仿真計算主要關注Yy與Yd換流變連接的A、B、C各相線，上下管母，閥塔各部件表面及附近的場強分布、最大場強及電位分布。圖5)給出的是分別在包圍各管線導體的#1 #4空氣域內所做的部分相關場量及電位的切面圖。其中1)圖a)為Yy換流變連接ABC三相及中性點的電場強度分布計算結果，Em =26. 22kV/cm0由圖可看出，yy連接C相引出線表面場強較其它兩相較大，這是由于C相電壓為660kV，大于本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．本專利技術的目的在于提供一種可靠的金具選型計算方法，以閥廳整體作為研究對象，采用有限元法完全真實、可靠的模擬不同金具選型情況下閥廳的電場分布，最終選擇合理的閥廳金具規格。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：常浩，馬為民，陳東，于洋，樂波，郎鵬越，程煒，
申請(專利權)人：北京網聯直流工程技術有限公司，
類型：發明
國別省市：11