基于有限元法的±800kV特高压直流输电阀厅金具的仿真与研究

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我国电力负荷的分布和能源资源的分布呈现逆向发展态势,这种格局是我国发展大容量、长距离特高压交直流输电的必然选择。阀厅是特高压直流输电的中枢,阀厅内各式设备通过阀厅金具实现电气和机械连接,金具承担着阀厅内全部电流的通载能力。金具设备在运行时需满足场强控制、温升控制和机械受力等方面的要求,因此研究金具电场、温度场分布和机械受力情况,对于阀厅金具设备的国产化研究进程具有重要意义。  通过对国内外阀厅金具的比较,指出了国产金具的有待改进之处。总结现有研究成果,多是对金具结构特点和设计要求的研究,对具体金具设备的仿真分析鲜有研究。本文根据国内某换流站阀厅设计参数,采用ANSYS有限元法对阀厅金具设备进行电场、温度场以及机械受力等各场域仿真与分析。  特高压阀厅在运行时对场强控制的要求十分严格,以防止设备发生电晕。为研究阀厅金具设备的场强分布情况,本文根据某800kV换流站阀厅整体结构模型,在Solidworks建模软件中建立阀厅内各类金具的简化仿真模型,导入到ANSYS中剖分计算。施加额定功率和轻载功率下不同相位的电位载荷值,得出阀厅整体以及局部的电场分布云图和最大值求解结果,根据求解结果说明其场强安全裕度情况。  为获得阀厅金具的温度分布情况,选择阀厅内单相通路中的连接金具设备,对其建立简化模型,导入ANSYS软件中进行温度场稳态热电耦合计算。考虑最极端环境温度,划分网格剖分计算,得出连接金具设备的电流密度分布和温度分布云图。分析温度分布结果及温度最大值,说明其是否满足阀厅内设备温度运行要求。  由于受外力作用时,阀厅金具纯铝软导线易发生变形,因此仅选择金具软导线部位对阀厅金具进行受力分析。选择三根软导线作为简化仿真模型,导入到ANSYS中施加力载荷,计算软导线在受到单一方向挤压和拉伸过程中的受力情况。根据计算结果,分析软导线在受到一定外力时受力值是否超过抗拉极限,是否能满足正常运行。  根据以上三类场域分析结果,得出金具设备在温度和受力分析方面安全裕度较大,又鉴于阀厅内电场强度控制的重要性,本文最后选择对最大场强处金具设备进行优化仿真,作为对金具设备优化设计的参考。
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