特高压电力金具综合分析试验方法技术

本发明专利技术提出了针对电力生产运行安全影响极大的特高压等级金具系统性的综合分析试验方法。采用自定义建模的方法对于电力金具各种串型的电磁场运行环境，形成建模、计算分析、试验改型系统性的分析方法。改变了传统电力金具行业估算设计，检验分析方法落后的局限。为极为重要的特高压工程安全运行提供了技术支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于特高电压输变电
，涉及特高压金具电磁场分析及优化 方法，用改善特高压线路运行的电磁环境。技术背景特高压输电具有远距离、大容量、低损耗的优势，是实现能源资源优化配 置的有效途径，能够取得良好的社会经济综合效益。输送距离越长，特高压直 流输电在技术经济指标比较中的优势越明显。在我国电网的"十一五"规划中， 直流特高压输电将与交流特高压输电共同发展，最终成为全国骨干网架的重要 组成部分。本专利技术根据直流输电线路的特点，对±800 kV特高压直流输电线路金具 的电场特性进行数值计算和分析研究，提出降低绝缘子电压分担率的合理设计 方案，避免发生强烈的电暈放电现象，为特高压直流输电线路的安全运行提供 理论依据，推进特高压输电工程在我国的快速发展。目前降低绝缘子电压分担率主要依靠经验， 一般在绝缘子串的第2片或第 3片随意设置，再根据现场试验结果进行适当验证，对于特高压等级电场强度 较以往更大，定量地研究电场分布对于降低特高压等级绝缘子电压分担率有着 重要作用。
技术实现思路
本专利技术主要是针对目前输电线路绝缘子串高压侧绝缘子电压分担率过 高，由此造成绝缘子串加速老化，此问题在特高压等级输电线路将更为严重。 随着电压等级的提高输电线路电磁环境问题也更加严重，降低可见电暈和无线 电干扰水平是极为重要的指标。本专利技术是采取以下的技术方案来实现的1、 研究均压环和屏蔽环等金具的大小、尺寸及位置对绝缘子串电位分布及电场分布的影响，提出合理的改进方案；2、 对连接金具、均压环、屏蔽环的电场分布进行分析和计算，根据分析结果提出金具的优化设计方案；3、 本专利技术的技术方案具体叙述如下(1)技术方案的第一部分计算模型的建立假设在所加电压下无电暈产生，绝缘子清洁干燥，空气湿度低，沿面泄漏 电流和空间电流可忽略，绝缘子金属帽上的电荷保持不变。(1) 由于两片相连绝缘子的钢脚与球帽都是金属，且相互接触，可简化 为整体；(2) 绝缘子与铁塔的连接釆用球头挂环，与导线的连接釆用碗头挂板和线夹。这些金具结构都较为复杂，由于其自身形状对整个场域影响小，没有必 要进行实际描述，考虑到模型描述结构主要是确定导线和杆塔与绝缘子的相对位置，因此将这些金属件全部简化为圆柱体；(3) 根据实际计算经验，玻璃绝缘子的伞型结构和防污槽，对整个场域 电场分布影响小，因而在建模中不考虑防污槽，进而节省内存空间加快求解速 度。3.技术方案的第二部分有限元模型在运行状态下的特高压直流输电系统中，由于杆塔、导线等的存在，线路 金具的电场呈三维场分布，其场域结构、边界较为复杂。故本技术方案釆用了 适用于多媒质复杂场域的三维有限元计算方法来进行计算研究。有限元模型对 应的边值问题为第一类边界包括髙压端、母线等电位，低压接地端电位。第二类边界包括空气包围面，对称面，取齐次第二类边界。绝缘子钢帽和钢脚为悬浮导体。(4)技术方案的第三部分无界边界的处理由于绝缘子串、连接金具、防护金具等的电场均属于开域场问题，故需合 理设置人工截断边界。边界不能设置太大，否则，所需计算量、存储量非常大。 边界若设置太小，计算精度又很差。由于Ansoft软件提供了二维无界场域的 边界处理方法，所以，我们在计算时，首先在不考虑导线、铁塔等影响时将绝 缘子的场域作为轴对称场对待，将无界边界设置为Ballon边界，然后根据二 维计算结果来确定三维计算场域的外截断边界。根据对于特高压金具及绝缘子电场分析，提出了降低初始绝缘子电压承担 率的关键设计方案。1、当改变均压环抬高距时，对前10片绝缘子电压分布影响较大。本专利技术 釆用抬高距在320mm到370mm是最为合适的选择。2、 对于V型绝缘子串张角的选择，在满足最大风偏的要求之后，选择张角在90度至IOO度之间相对来说比较合适。3、 均压环附近的场强较大，在不光滑处最大场强可以超过空气的击穿场强。是线路金具产生可见电暈的关键因素。因此本专利技术釆用整圆形大截面(大于120腿)的均压环。本专利技术的有益效果为对，可以明显降低特高压等级输电线路绝缘子电压分担率，改善输电线路电磁兼容环境，对于目前国家正在推进的特 高压战略具有重要意义。特高压金具可见电暈及无线电干扰水平的降低可以使线路杆塔高度及征地范围都可以适当下降，将可以大幅度降低输电线路建设投 资，减小输电线路对于环境的影响有着重要意义，有力于特髙压示范工程的顺 利推进，紧扣特高压发展战略。 附图说明图l为-800kV直流单极输电线路金属回线方式V型悬垂串仿真模型(l/2);图2为XOZ和YOZ切面电位分布云图；图3为绝缘子电位分布图；图4为XOZ切面电场分布云图；图5为串1均压环抬高距不同时电压承担率的比较图； 图6为串2均压环抬高距不同时电压承担率的比较图； 图7为V型绝缘子串张角示意图； 图8为不同张角时绝缘子电压承担率的比较图(第1串)； 图9为均压环抬高距为270mm时金具及导线表面电场分布(1/2)。具体实施方式根据说明书附图，对本专利技术的技术方案作进一步详述。 本专利技术是釆取以下的技术方案来实现的1、 研究均压环和屏蔽环等金具的大小、尺寸及位置对绝缘子串电位分 布及电场分布的影响，提出合理的改进方案，得到具有工程意义的结论。2、 对连接金具、均压环、屏蔽环的电场分布进行分析和计算，根据分析 结果对金具的优化设计提出建议方案。3 、 对特高压直流输电的电磁干扰问题进行仿真分析，根据分析结果对特 高压直流输电工程给出适当的建议。本专利技术的原理具体叙述如下1) 技术方案的第一部分计算模型的建立假设在所加电压下无电暈产生，绝缘子清洁干燥，空气湿度低，沿面泄漏 电流和空间电流可忽略，绝缘子金属帽上的电荷保持不变。(1) 由于两片相连绝缘子的钢脚与球帽都是金属，且相互接触，可简化为整体；(2) 绝缘子与铁塔的连接釆用球头挂环，与导线的连接釆用碗头挂板和线夹。这些金具结构都较为复杂，由于其自身形状对整个场域影响小，没有必 要进行实际描述，考虑到模型描述结构主要是确定导线和杆塔与绝缘子的相对位置，因此将这些金属件全部简化为圆柱体；(3) 根据实际计算经验，玻璃绝缘子的伞型结构和防污槽，对整个场域 电场分布影响甚小，因而在建模中不考虑防污槽,进而节省内存空间加快求解 速度。2) 技术方案的第二部分有限元模型在运行状态下的特高压直流输电系统中，由于杆塔、导线等的存在，线路 金具的电场呈三维场分布，其场域结构、边界较为复杂。故本项目釆用了适用 于多媒质复杂场域的三维有限元计算方法来进行计算研究。有限元模型对应的 边值问题为第一类边界包括高压端、母线等电位，低压接地端电位。 第二类边界包括空气包围面，对称面，取齐次第二类边界。 绝缘子钢帽和钢脚为悬浮导体。3) 技术方案的第三部分无界边界的处理由于绝缘子串、连接金具、防护金具等的电场均属于开域场问题，故需合 理设置人工截断边界。边界不能设置太大，否则，所需计算量、存储量非常大。 边界若设置太小，计算精度又很差。由于Ansoft软件提供了二维无界场域的 边界处理方法，所以，我们在计算时，首先在不考虑导线、铁塔等影响时将绝 缘子的场域作为轴对称场对待，将无界边界设置为Ballon边界，然后根据二 维计算结果来确定三维计算场域的外截断边界。下面以V型悬垂串绝缘子电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
特高压电力金具综合分析试验方法，其包括步骤如下：　　　　（１）构建符合实际环境的特高压直流输电线路金具的电场计算模型：　　　　假设在所加电压下无电晕产生，绝缘子清洁干燥，空气湿度低，沿面泄漏电流和空间电流可忽略，绝缘子金属帽上的电荷保持不变；　　　　两片相连绝缘子的钢脚与球帽都是金属，且相互接触，简化为整体；　　　　绝缘子与铁塔的连接采用球头挂环，与导线的连接采用碗头挂板和线夹，由于球头挂环、碗头挂板和线夹这些金具的形状对整个场域影响小，将上述金具全部简化为圆柱体；　　　　玻璃绝缘子的伞型结构和防污槽，对整个场域电场分布影响小，在建模中不考虑防污槽；　　　　（２）采用适用于多媒质复杂场域的三维有限元计算方法对步骤（１）中所建模型进行计算分析，确定特高压直流输电线路金具电场的计算区域，确定场域的截断边界方法；　　　　（３）计算均压环、屏蔽环等金具对绝缘子串电场分布特性的影响；　　　　（４）根据计算结果，提出降低绝缘子电压分担率的合理设计方案：确定合适的均压环抬高距，确定适当的Ｖ型绝缘子串张角，选择整圆形大截面的均压环，并将均压环在制造和安装过程中将不光滑处进行打磨。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈少波，张子阳，马西奎，
申请(专利权)人：江苏省电力试验研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]