某±500kV柔直工程啟動電阻表面電場計算

安徽理工大學 石 鈺

基于某±500kV柔直工程北京站電阻器3D模型，結合ANSYS電場仿真分析，計算電阻器整體電場分布，重點關注電阻器連接母排處金具表面電場強度。并結合相應的優化措施，計算優化后的電阻器表面電場強度。

引言：本文是以電阻器3D模型為整體模型，簡化對場強影響不大的部分，加載正確的邊界條件，獲得電阻器整體模型表面電場分布，給出電場分布云圖，提取最大場強位置點；其中重點關注電阻器連接母排處金具的電場強度，給出電場分布云圖，提取最大場強位置點；最后計算加設優化措施后的電阻器表面電場強度。

1 電阻器建模

針對某±500kV柔直工程電阻器3D模型，利用Pro/E建模軟件，建立3D全模型，并對非重點關注器件進行了相應的簡化，如忽略電阻器塊表面小零件，忽略絕緣傘裙，支柱絕緣子上的法蘭等。最終建模如圖1所示。

圖1 電阻器整體模型

2 電阻器表面電場計算

結合ANSYS電場仿真分析，計算電阻器整體電場分布，重點關注電阻器各個母排以及其連接處金具表面電場強度。計算過程中，絕緣的電阻率設置為1×1015Ω?m。出線套管端子和電阻器箱體加壓方式為進線端加載550kV電位，出線端加載0kV電位，其余套管接線端子按照電阻分壓依次加載，電阻器箱體加載其兩端接線端子中間電位，地面、外包空氣加載零電位。由于加載電壓為直流電壓，故本計算在恒定電場下進行。計算所得電位和電場分布如圖2所示。

圖2

由圖2可以看出，電阻器最大電場值為51.49kV/cm，位于最左側頂端出線套管端子上，這是由于，該處套管端子與電阻器箱體電位不同，導致電位變化劇烈，使得附近電場增大。而電阻器箱體表面的電場并不高。

通過對左上側短母排進行電場仿真可得到，最大場強出現在短母排的尾端，為28.81kV/cm。這是由于短母排與電阻器箱體電位不等，且具有尖端，導致電位梯度變化劇烈，使得場強增大。墊片、套管端子端部電場也較大，其余短母排電場分布相似。通過仿真可以發現，母排的最大場強均集中在其邊緣尖端處，建議對其進行倒角處理。

3 優化措施

針對部分金具電場強度超過限值的問題，本文對套管出線端子、電阻器箱體拐角處加設均壓環等屏蔽措施，已達到降低場強的目的。根據最新要求建立電阻器箱體均壓環，套管均壓環。

圖3 母排連接處局部模型

4 優化后的電阻器表面電場計算

結合ANSYS電場仿真分析，計算電阻器整體電場分布，仍重點關注電阻器各個母排以及其連接處金具表面電場強度。計算過程中，絕緣的電阻率設置為1×1015Ω?m。，進出線端子、電阻器箱體均為550kV，地面、外包空氣加載零電位。通過仿真結果顯示，電阻器最大電場值為9.22kV/cm，位于左側下端出線套管端子的均壓環上，其電場分布如圖4所示。

圖4 最大表面場強所在的均壓環表面電場分布(kV/m)

最大場強出現在均壓環的下側。這是由于該處與地面零電位距離較近，導致電位變化劇烈，使得附近電場增大。

由圖可看出，最大場強出現在最下層右側的均壓環下側。這是由于該處與地面零電位距離較近，且拐角處曲率較大，導致電位梯度變化較大，使得場強增大。