超特高压交直流氧化锌避雷器不同运行状况下电位分布仿真计算研究

摘要

超特高压氧化锌避雷器外部整体高大、内部结构复杂，而且长期承受工作电压的作用，电阻片会慢慢老化、损坏，或由于避雷器本身结构不良而受潮，从而使得避雷器内电阻片承担的电位不合理现象，若不及时检修将会造成避雷器爆炸等安全事故，危害电力系统安全运行，因此对超特高压氧化锌避雷器在不同运行状况下电位分布的研究具有重大的现实意义。本文建立了超特高压交直流金属氧化物电位分布的三维计算模型，对不同运行状况下的电位分布进行仿真计算，计算结果与现场试验数据的相对误差在允许范围内，且满足电磁场基本规律，说明了结果的正确性。
　　首先，论文从传统方法和和数值分析方法两个方面对电磁场计算方法进行了概述，并选择更适用于分析复杂结构且收敛性较好的有限元法作为避雷器电位分布的计算方法。在此基础上根据静电场及恒定电场的麦克斯韦方程与交界面条件，给出了利用有限元法计算交直流氧化锌避雷器电位分布三维计算模型。
　　其次，论文根据500kV交流避雷器与1000kV交流避雷器的实际结构参数搭建了正常运行时电位分布的 ANSYS三维计算模型，通过对正常运行时电位分布的计算，并与现场试验结果比对，相对误差最大值分别为2.56%和2.29%，验证了上述三维模型的合理性。之后研究了电阻片短路及受潮时边界条件的改变，从而搭建了不同位置短路及受潮时交流避雷器电位分布的 ANSYS三维计算模型，并进行仿真计算。结果显示，短路电阻片的电压承担率变成0，正常电阻片的电压承担率上升；水分增大了受潮电阻片整体的等效电容，使受潮部分电压承担率降低。
　　最后，论文根据恒定电场的理论，对800kV特高压直流母线避雷器搭建了不同运行状况下电位分布的三维计算模型，从而对正常运行及不同位置短路、受潮时直流母线避雷器的电位分布进行仿真计算，结果显示：直流运行电压下MOA电阻片电压承担率均为1；电阻片短路会使得故障柱上正常电阻片的分压变大；受潮的电阻片分压变小，且受潮程度越严重，电压承担率越低。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景和研究意义

1.2超特高压交流避雷器电位分布仿真计算研究现状

1.3特高压直流避雷器电位分布仿真计算研究现状

1.4本文主要工作和章节安排

2 氧化锌避雷器电位分布的计算原理

2.1电磁场计算方法概述

2.2静电场中的基本方程与边界条件

2.3恒定电场中的基本方程与边界条件

2.4交直流氧化锌避雷器电位分布的三维求解

2.5本章小结

3 500kV超高压交流氧化锌避雷器电位分布仿真计算

3.1概述

3.2 500kV交流避雷器试品结构与ANSYS三维模型

3.3 500kV交流避雷器正常情况下电位分布仿真计算

3.4 500kV交流避雷器不同位置短路时电位分布仿真计算

3.5 500kV交流避雷器不同节受潮时电位分布仿真计算

3.6本章小结

4 1000kV特高压交流氧化锌避雷器电位分布仿真计算

4.1概述

4.2 1000kV交流避雷器试品结构与ANSYS三维模型

4.3 1000kV交流避雷器正常情况下电位分布仿真计算

4.4 1000kV交流避雷器不同位置短路时电位分布仿真计算

4.5 1000kV交流避雷器不同节受潮时电位分布仿真计算

4.6本章小结

5 800kV特高压直流母线避雷器电位分布仿真计算

5.1概述

5.2 800kV直流避雷器试品结构与ANSYS三维模型

5.3 800kV直流避雷器正常情况下电位分布仿真计算

5.4 800kV直流避雷器不同位置短路时电位分布仿真计算

5.5 800kV直流避雷器不同节受潮时电位分布仿真计算

5.6本章小结

6 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况