特高压直流输电线路屏蔽环三维有限元电场计算方法与策略

发布时间：2019-09-22 10:54

【摘要】：论述了大空间中计算小电极表面电场强度的方法;阐述了计算结果绝对数值的低准确性与不可靠性,及获得相对结果的必要性与工程实用性;给出了一种"新""旧"结构场强比较策略,以利用电场数值计算提供有价值的实用结果,解决实际工程问题。针对特高压直流输电试验线路电压等级提升需要,采用获得相对结果的策略,利用ANSYS软件与边界条件修正方法,对管母线和耐张塔处屏蔽环的电场进行计算,给出了可以满足电压提升要求的屏蔽环结构。
【图文】：

网格图,轴对称,计算模型,网格

设定方法直接逦上（即图中最左侧的竖线）单元边长控制为０．１ｍ，逡逑影响有限元法对导线表面电场的计算准确度。逦场域边界其他三条边为０．４ｍ。逡逑对于双极结构的直流输电线路，两极导线距离逡逑很远，如果在有限元计算场域中包含两极导线，则逡逑计算场域会更大，且由于导线很细（分裂导线更是逡逑如此），所以需要大量的网格单元才能得到较高准确逡逑度的结果。处理方法是建立仅包含需要重点分析的逦＆逡逑导线及其金具，而另－极导线和大地的影响都由纟逡逑理设定边界条件来表示，这会使有限元计算模型得逦图２轴对称计算模型与网格逡逑到大大简化，同时可以增加有效网格单元数，从而逦Ｆｉ＆２邋Ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ邋ｍｏｄｅｌ邋ａｎｄ邋ｍｅｓｈ逡逑提高计算准确度。逦对于该轴对称模型，在图２所示的网格分布下，逡逑下面以无限长双极导线表面场强计算为例介绍逦进行反复修改右侧竖线（对应圆柱表面）上的电位逡逑有限元法的边界条件设定方法。计算模型为：两极边界条件值’最后得到电位设为－４５ｋＶ邋（即导线电逡逑管母线竖直排列，母线直径均为３００ｍｍ，下端的正逦压的－４．５％）时，导线表面电场强度与上面考虑负逡逑极性母线高度为１７ｍ，电压ｌＯＯＯｋＶ，上端的负极逦极性导线时的解析解相同。这样就找到了利用简化逡逑性母线高度为４１ｍ，电压为负ｌＯＯＯｋＶ。逦的有限元求解模型得到与原问题一致的计算方法。逡逑在不考虑负极性导线的情况下，，按导线为无限逦３．２计算屏蔽环模型时导线长度选择逡逑长利用镜像法可以得到解析解，结果为：导线表面逦上面已指出，由于有限元求解模型在圆柱两个逡逑场强为１２．２４８ｋＶ／ｃｍ；若考虑负极性导线也可以利逦底面上设置的是电力线或电位法向导数为零的

管母线,简化模型,导线

；若考虑负极性导线也可以利逦底面上设置的是电力线或电位法向导数为零的边界逡逑用镜像法求解，所得场强为１４．３８８ｋＶ／ｃｍ，该结果逦条件，所以该模型意味着导线是无限长。因此，对逡逑等于没有考虑负极性导线时的１．１７５倍。逦于长直导线问题，任何长度导线的有限元模型都可逡逑现在要利用不考虑负极性导线的有限元计算模逦以模拟无限长导线。但如果导线上有屏蔽环或金具，逡逑型进行计算。模型设定为：围绕正极性导线建立一则导线就要取一定长度，否则会影响屏蔽环表面场逡逑个圆柱求解区域，圆柱半径为／？，如图１所示，在逦强计算结果。下面利用长直管母线上套装两个屏蔽逡逑圆柱边界上给定一个电位边界条件。可设圆柱半径逦环模型论述导线应取多长才能使有元法模型的计算逡逑为任意尺寸，原则上讲’半径越大计算金具表面电逦精度满足要求。首先给出一个概念：导线表面的场逡逑场时精确度越高’对于现在的轴对称模型，可以设逦强会因为加入屏蔽环后而有所下降’即便在远离屏逡逑圆柱半径为正极性导线对地的距离。逦蔽环处也是如此。逡逑计算模型如图３所示，两个环的尺寸相同，环逡逑的内表醒径为Ｉａｒ，环导体管的直径为１２０ｍｍ邋（即逡逑环中心线的直径为ｌｍ＋０．１２ｍ），两环中心间距为逡逑ｌ｜｜＾Ｂ逦１．６ｍ，导线直径仍为３００＿。仍利用轴对称翻计逡逑算，场域外边界圆柱面仍取７？＝１７ｍ，边界电位仍设逡逑为－４５ｋＶ。网格剖分控制方法为：在屏蔽环截面的逡逑８１周上，将圆周分为４０段，轴线和外边界剖分尺寸逡逑图１管母线简化模型逦与上面仅有管母线的模型相同。逡逑Ｆｉｇ．ｌ邋Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ邋ｍｏｄｅｌ邋ｏｆ邋ｐｉｐｅ邋ｂｕｓｅｓ逡逑利用图ｉ所示的轴对称模型进行有限元计算逦
【作者单位】：清华大学电机系电力系统国家重点实验室;中国电力科学研究院高压所;
【分类号】：TM751;TM721.1

【参考文献】