近几年,国内直流输电工程日渐兴起,而高压直流断路器作为直流电网中的关键设备,也越来越受到各个科研单位的重视。但是,目前直流断路器的研究还多处于拓扑研究阶段,具体产品的研制经验有所缺乏。而高压直流断路器作为一个复杂的成套集成设备,部件繁多,电位分布十分复杂,为保证直流断路器安全可靠的绝缘结构,不仅需要不同电位部件间足够的空气净距,其电场分布也需要进行足够的考核。本文结合南澳“160kV高压直流断路器的研制”项目,拟对160kV直流断路器的电场分布进行仿真计算研究,并提出合理的电场优化方案,以进一步确保直流断路器具有安全可靠的绝缘结构。直流断路器作为一个开关设备,拥有多种运行工况,同时由于其电压等级较高,整个设备尺寸也会较大,这都对直流断路器的电场分析优化带来了一定的困难。论文先穷举了直流断路器实际运行中可能出现的运行工况,并根据持续时长划分为稳态与暂态工况,结合工程经验分析给出了两类工况下的判据条件,明确了后续仿真工况的应用思路。在电场计算中,论文采用全模型与子模型相结合的分析方法,先在相对粗糙的网格剖分中完成全模型的计算,找出直流断路器中电场超标的地方再进行子模型分析。在全模型的计算中,由于部件繁多,在有限元模型建立前,对其中的各个组成部件进行命名,以方便后续的网格剖分控制以及电位的加载。对全模型中存在电场超标情况的部件通过子模型分析来对局部进行优化校核,在子模型的分析中选取局部电场分布最恶劣的工况作为子模型的优化工况。通过对子模型电场分布特点的分析提出合理的电场优化措施,并在子模型中进行校核计算。这样充分利用了有限的计算机资源,尽可能地提高了仿真计算的精度,确保了计算结果的可信度。在完成子模型优化后,最后对提出的优化措施进行了全模型的计算校核,同时对暂态工况下空气间隙的空间电场分布规律进行观测。这样,通过子模型与全模型的优化校核,以及对场强最大值和空间电场分布规律的考核后,可以充分证明电场分布的合理性,提出了各工况下满足要求的直流断路器设计结果。
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