[发明专利]一种考虑外绝缘污秽的直流分压器均压环优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及直流输电系统的部件设计，具体说是一种直流分压器均压环优化设计方法。

背景技术

直流输电工程是以直流电的方式完成电能传输的工程，现代电力传输系统由直流输电与交流输电相互配合构成。相对于交流输电系统而言，直流输电系统的优势主要体现在直流输电线路输送容量大、损耗小、造价低，同时不存在交流输电中的稳定问题，可实现电力系统之间的非同步并联以及可以方便的分期建设和增容扩建等方面。因此，直流输电技术主要应用于远距离大容量输电，电力系统联网，直流电缆送电，现有交流输电线路的增容改造以及轻型直流输电等方面。

换流站作为直流输电系统的重要构成部分之一，由基本的换流单元组成，基本换流单元是在换流站内允许独立进行换流的换流系统，主要包括换流变压器、换流器、相应的交流滤波器和直流滤波器以及控制保护装置，换流站的主要设备一般被分别布置在交流开关场区域、换流变压器区域、阀厅控制楼区域以及直流开关场区域里。直流分压器作为换流站直流输电系统电压的监测设备，直接影响到整个直流输电系统的安全稳定运行。近年来，国内已多次出现由直流分压器的闪络和设备原因导致的直流系统故障，对于直流输电系统造成重大的损失。2004年11月6日，江陵站极极母线直流分压器外绝缘闪络导致站内极极母线差动保护动作，极直流系统闭锁并转至隔离状态，5241和5242开关跳闸并闭锁。2005年5月25日，天生桥站极极高压母线分压器闪络，直流分压器绝缘支柱上端第一片瓷裙与金属之间有一块约为4.5cm2的放电痕迹，直流分压器底座有几处明显的放电痕迹，导致站内极极母线差动保护动作，极直流系统闭锁并转至隔离状态。2009年2月26日，龙泉站极极母线分压器闪络，均压环出现击穿小孔，直流分压器底座有明显的放电痕迹，站内极极母线差动保护动作，极直流系统闭锁并转至隔离状态，5051和5052开关跳闸并闭锁。

分析总结以上事故的原因，直流分压器外绝缘发生污秽闪络事故均出现在雨天或者雾天。因此，在不同的积污情况下，特别是在污秽湿润的情况下，研究直流分压器在直流下的电场分布特性，对其复合外绝缘进行电场优化，同时优化均压环结构，改善复合外绝缘的电位分布，对于提高复合外绝缘的利用效能，保证电网的安全稳定运行具有极其重要的意义。目前尚未见有针对直流分压器均压环的，为更好的防止污秽闪络事故而进行的系统研究和结构设计。

发明内容

为了解决现有均压环优化设计方法中均未考虑污秽的问题，本发明提供一种考虑外绝缘污秽的直流分压器均压环优化设计方法，使得均压环的设计和制造更加合理，显著降低直流分压器表面污秽闪络事故的发生率。

所述考虑外绝缘污秽的直流分压器均压环优化设计方法，其特征是：依次按下述步骤进行：

步骤一，根据直流分压器实际结构和安装位置以直流分压器的中心线为对称轴，按照1：1的尺寸比例构建可用于静电场和时谐电场有限元分析的二维轴对称模型，作为后续电场分析的计算模型；

在静电场中利用有限元分析工具，采用所述计算模型进行有限元计算，得到该模型的均压环结构参数下直流分压器外绝缘和均压环表面的电场分布；

步骤二，对于覆盖了污秽的直流分压器进行静电场和时谐电场对比分析，分析过程如下：提取污秽的相对介电常数和电阻率参数，利用有限元分析工具，采用步骤一中所述的计算模型进行有限元计算，得到该种污秽的相对介电常数和电导率的参数；

步骤三，根据获取的所述污秽的相对介电常数和电导率参数，在静电场中利用有限元分析工具，采用所述计算模型进行有限元计算，得到该种污秽下的均压环结构参数对直流分压器外绝缘和均压环表面电场分布的影响；

步骤四，以直流分压器外绝缘和均压环的表面电场分布作为均压环优化对象，综合分析该种污秽覆盖状态的电场分布，选取均压环结构及安装位置，使之满足：有最小的电场最大值且电场最大值小于均压环的起晕场强。

作为一种简要的实施方案，所述的污秽包括干燥、湿润和混合污秽类型，分别进行静电场和时谐电场的分析对比后综合选取优化的均压环结构及安装位置。

作为一种简要的实施方案，所述均压环结构参数包括均压环环径、管径和两均压环的中心距离以及安装位置，安装位置包括均压环在直流分压器外绝缘表面的罩入深度。

这四个参数是影响均压环和直流分压器表面电场分布的主要因素。