【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于换流变阀侧直流套管设计领域，具体说是基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法。
技术介绍
1、换流变阀侧套管在运行中长期承载着全电压、全电流和强机械负荷，内部存在很高的电、热和机械应力，作为换流站的关键设备，其安全稳定运行关系到整个换流站的可靠性。
2、换流变干式直流套管的主绝缘材料为环氧树脂/皱纹纸复合材料，环氧浸纸复合材料的热膨胀系数在20～150℃的温度区间内，先缓慢上升，在玻璃化转变温度后陡然增大，一般环氧浸纸的玻璃化转变温度为130℃左右。但实际运行当中，当换流变干式套管工作温度在30～120℃之间时，芯子的热膨胀系数较小，变形量较小，当换流变干式套管工作温度超过130℃时，芯子的热膨胀系数较大，将导致芯体热应力长期过高，则芯子内部将由于变形量较大而产生环氧浸纸材料开裂等绝缘缺陷。实际运行中，大部分干式套管电气绝缘故障是由环氧浸纸材料温度过高导致的热膨胀引起的。
3、换流变直流套管的主要发热源来自套管中心通流的导电杆产生的焦耳热，随着我国特高压技术的快速发展，输电线路输送容量的提高，套管额定载流量的提高，套管的发热问题越来越严重，已成为制约其安全稳定运行的重要原因。因此，对换流变干式套管在一定电流下的温度场进行耦合场仿真验证，对提高换流变直流套管与配套电力设备的安全运行可靠性具有重大意义。
4、当前的环氧树脂浸纸式(干式)直流套管结构，在现阶段特高压直流输电线路中广泛使用。在正常运行工况下，由于介质损耗和载流发热，芯子尺寸增大会造成产品内部散热困难，很有可能造成
技术实现思路
1、本专利技术目的是提供一种基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，通过该方法设计一种换流变用阀侧直流套管，以解决现有技术中存在的缺点，并且能够更好的对实际工况进行模拟验证，通过对产品结构的不断优化，得出一种高绝缘性能的套管结构。
2、本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，包括以下步骤：
3、1)通过二维仿真软件，输入换流变阀侧直流套管各零部件参数，建立换流变阀侧直流套管的几何结构模型，设定所施加电场计算的边界条件，并在交流场作用下，对几何结构模型的静电场强度进行分析，得到几何结构模型的电位线分布图；根据电位线分布图，对换流变阀侧直流套管的绝缘性能进行优化；
4、2)通过有限元分析软件建立换流变阀侧直流套管的温度场有限元计算模型，并根据换流变阀侧直流套管的热传导方式，设定温度场有限元计算模型的边界条件，获取换流变阀侧直流套管的温度场分布，根据温度场分布，完成对换流变阀侧直流套管的热稳定性进行优化；
5、3)通过多物理场仿真软件对换流变阀侧直流套管进行仿真，判断温度场分布的温度梯度下，不同类型电压对换流变阀侧直流套管的影响，并根据相应影响，对换流变阀侧直流套管的结构进行优化。
6、所述步骤1)中，设定所施加电场计算的边界条件，具体为：
7、对换流变阀侧直流套管的导电杆和接线端子施加高电位；分别对换流变阀侧直流套管的法兰、油箱以及无限远边界数施加0电位；对套管内部各铝箔屏进行电位耦合，同时末屏为0电位。
8、步骤1)中，所述根据电位线分布图，对换流变阀侧直流套管的绝缘性能进行优化，具体为：
9、判断换流变阀侧直流套管头部处的均压环电位线密集度；若均压环表面场强高于设定期望值，增大均压环的曲率半径，同时调整优化均压环的相对中心距和两个均压环的间距，以将均压环表面场强降到许用场强范围内；反之，当前换流变阀侧直流套管满足预设的绝缘条件。
10、步骤2)中，所述根据换流变阀侧直流套管的热传导方式，设定温度场有限元计算模型的边界条件，具体为：
11、针对热传导，热对流和热辐射三种传热方式，设定温度场有限元计算模型的边界条件，即：
12、设定换流变阀侧直流套管的导电杆及两端的接线端子的体发热量作为热源；同时设定环境温度为50℃，换流变阀侧直流套管的油箱内油温为90℃。
13、步骤2)中，所述获取换流变阀侧直流套管的温度场分布，根据温度场分布，针对换流变阀侧直流套管的各金属零部件的温升性能情况，对换流变阀侧直流套管进行优化，具体为：
14、给定换流变阀侧直流套管在恒定额定电流激励下，温度场中温度最大值的位置出现在换流变阀侧直流套管的导电杆位置，采集换流变阀侧直流套管的油箱内油的温升，并与关于换流变阀侧直流套管温升试验中的设定的各金属部位的温度极限值相对比，若温度最大值超过各金属部位的温度极限值，则需要增加导电杆的横截面积；反之，则不对导电杆的横截面积进行调整；完成对换流变阀侧直流套管的热稳定性进行优化。
15、步骤3)中，所述通过多物理场仿真软件对换流变阀侧直流套管进行仿真，具体为：
16、(1)根据步骤2)中的温度场分布，更新换流变阀侧直流套管的不同位置的电阻率；
17、(2)选取换流变阀侧直流套管多个位置点，并根据多个位置点更新后的电阻率计算换流变阀侧直流套管的电场分布；
18、(3)验证在温度场分布的温度梯度下，交流电压激励对换流变阀侧直流套管的电场分布强度的影响；
19、验证在温度场分布的温度梯度下，直流耐受电压激励对换流变阀侧直流套管的电场强度分布的影响；
20、验证在温度场分布的温度梯度下，交直流电压下的换流变阀侧直流套管电场强度分布的影响；
21、(4)根据步骤(3)相应影响，对换流变阀侧直流套管的结构进行优化。
22、所述步骤(3)，具体为：
23、(3-1)通过将步骤1)中交流电压激励下的静电场强度仿真结果与考虑温度梯度下对阀侧套管电场强度计算结果相对比，验证温度对交流激励下换流变阀侧套管的电场分布的无影响；
24、(3-2)对直流激励下，换流变阀侧直流套管的电场强度与步骤1)中静电场强度仿真结果相对比，判断出分布在电容芯体顶部均压罩周围处、以及芯体周围处存在电场强度受到影响，同时，判断出空气侧场强高于设定值位于换流变阀侧直流套管的顶部均压罩处；
25、(3-3)对交直流复合电压激励下，判断出温度对套管电容屏径向电场强度的影响，进而判断温度对电容屏末屏位置的电场强度有影响。
26、所述步骤(4)，具体为：
27、(4-1)通过调整各零部件参数，使其内外电场达到相对优化的状态；
28、(4-2)优化电容屏长度，使电容屏内部电场强度均匀，同时调整气腔内屏蔽罩的形状，以降低其电场强度。
29、本专利技术具有以下有益效果及优点：
30、1.本专利技术中高压套管的电气绝缘结构中不仅有外绝缘又有内绝缘问题的装置，在外部残酷的环境下承受高压电、热和机械应力，电场分布比较复杂。直流套管在交流耐受电压试验中不能出现闪络或者击穿现象，且局本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，设定所施加电场计算的边界条件，具体为：
3.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，步骤1)中，所述根据电位线分布图，对换流变阀侧直流套管的绝缘性能进行优化，具体为：
4.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，步骤2)中，所述根据换流变阀侧直流套管的热传导方式，设定温度场有限元计算模型的边界条件，具体为：
5.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，步骤2)中，所述获取换流变阀侧直流套管的温度场分布，根据温度场分布，针对换流变阀侧直流套管的各金属零部件的温升性能情况，对换流变阀侧直流套管进行优化，具体为：
6.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，步骤3)中，所述通过多物
7.根据权利要求6所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，所述步骤(3)，具体为：
8.根据权利要求6所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，所述步骤(4)，具体为：
...【技术特征摘要】
1.基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，所述步骤1)中，设定所施加电场计算的边界条件，具体为：
3.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，步骤1)中，所述根据电位线分布图，对换流变阀侧直流套管的绝缘性能进行优化，具体为：
4.根据权利要求1所述的基于多物理场仿真验证的换流变阀侧直流套管设计方法，其特征在于，步骤2)中，所述根据换流变阀侧直流套管的热传导方式，设定温度场有限元计算模型的边界条件，具体为：
5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，闻政，王慧民，王克昊，
申请(专利权)人：沈阳和新套管有限公司，
类型：发明
国别省市：
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