近幾年,國(guó)內(nèi)直流輸電工程日漸興起,而高壓直流斷路器作為直流電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備,也越來(lái)越受到各個(gè)科研單位的重視。但是,目前直流斷路器的研究還多處于拓?fù)溲芯侩A段,具體產(chǎn)品的研制經(jīng)驗(yàn)有所缺乏。而高壓直流斷路器作為一個(gè)復(fù)雜的成套集成設(shè)備,部件繁多,電位分布十分復(fù)雜,為保證直流斷路器安全可靠的絕緣結(jié)構(gòu),不僅需要不同電位部件間足夠的空氣凈距,其電場(chǎng)分布也需要進(jìn)行足夠的考核。本文結(jié)合南澳“160kV高壓直流斷路器的研制”項(xiàng)目,擬對(duì)160kV直流斷路器的電場(chǎng)分布進(jìn)行仿真計(jì)算研究,并提出合理的電場(chǎng)優(yōu)化方案,以進(jìn)一步確保直流斷路器具有安全可靠的絕緣結(jié)構(gòu)。直流斷路器作為一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備,擁有多種運(yùn)行工況,同時(shí)由于其電壓等級(jí)較高,整個(gè)設(shè)備尺寸也會(huì)較大,這都對(duì)直流斷路器的電場(chǎng)分析優(yōu)化帶來(lái)了一定的困難。論文先窮舉了直流斷路器實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的運(yùn)行工況,并根據(jù)持續(xù)時(shí)長(zhǎng)劃分為穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)工況,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)分析給出了兩類工況下的判據(jù)條件,明確了后續(xù)仿真工況的應(yīng)用思路。在電場(chǎng)計(jì)算中,論文采用全模型與子模型相結(jié)合的分析方法,先在相對(duì)粗糙的網(wǎng)格剖分中完成全模型的計(jì)算,找出直流斷路器中電場(chǎng)超標(biāo)的地方再進(jìn)行子模型分析。在全模型的計(jì)算中,由于部件繁多,在有限元模型建立前,對(duì)其中的各個(gè)組成部件進(jìn)行命名,以方便后續(xù)的網(wǎng)格剖分控制以及電位的加載。對(duì)全模型中存在電場(chǎng)超標(biāo)情況的部件通過(guò)子模型分析來(lái)對(duì)局部進(jìn)行優(yōu)化校核,在子模型的分析中選取局部電場(chǎng)分布最惡劣的工況作為子模型的優(yōu)化工況。通過(guò)對(duì)子模型電場(chǎng)分布特點(diǎn)的分析提出合理的電場(chǎng)優(yōu)化措施,并在子模型中進(jìn)行校核計(jì)算。這樣充分利用了有限的計(jì)算機(jī)資源,盡可能地提高了仿真計(jì)算的精度,確保了計(jì)算結(jié)果的可信度。在完成子模型優(yōu)化后,最后對(duì)提出的優(yōu)化措施進(jìn)行了全模型的計(jì)算校核,同時(shí)對(duì)暫態(tài)工況下空氣間隙的空間電場(chǎng)分布規(guī)律進(jìn)行觀測(cè)。這樣,通過(guò)子模型與全模型的優(yōu)化校核,以及對(duì)場(chǎng)強(qiáng)最大值和空間電場(chǎng)分布規(guī)律的考核后,可以充分證明電場(chǎng)分布的合理性,提出了各工況下滿足要求的直流斷路器設(shè)計(jì)結(jié)果。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM561
【部分圖文】：

圖 2-6 +160kV 直流斷路器正向開(kāi)斷中各電位差波形圖圖 2-7 +160kV 直流斷路器正向開(kāi)斷中各電位點(diǎn)波形圖以看出，各電位差出現(xiàn)最大值時(shí)基本集中在區(qū)間（0.10400,0.1000,0.10550）內(nèi)，各波形的周期約為 1ms 左右，同時(shí)結(jié)合關(guān)鍵電位點(diǎn)圖 2-7 所示），選取 0.10405、0.10450、0.10500 三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的電分析時(shí)的電位邊界條件，最終得到的具體值如表 2-3 所示。

圖 2-7 +160kV 直流斷路器正向開(kāi)斷中各電位點(diǎn)波形圖以看出，各電位差出現(xiàn)最大值時(shí)基本集中在區(qū)間（0.10400,0.1000,0.10550）內(nèi)，各波形的周期約為 1ms 左右，同時(shí)結(jié)合關(guān)鍵電位點(diǎn)如圖 2-7 所示），選取 0.10405、0.10450、0.10500 三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的電場(chǎng)分析時(shí)的電位邊界條件，最終得到的具體值如表 2-3 所示。表 2-3 +160kV 正向開(kāi)斷工況下關(guān)鍵電位點(diǎn)的電位值（kV）刻/s U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8 0405 -80 -60 -40 -20 0 -96 40 0 0450 261 196 131 65 0 73 -40 0 0500 244 183 122 61 0 -90 31 0 對(duì)暫態(tài)工況下的另外三種情況，采取同樣的做法，得到的波形圖如圖示，分別得到的暫態(tài)邊界條件如表 2-4 至表 2-6 所示。

圖 2-8 -160kV 直流斷路器正向開(kāi)斷中各電位差波形圖圖 2-9 -160kV 直流斷路器正向開(kāi)斷中各電位點(diǎn)波形圖表 2-4 -160kV 正向開(kāi)斷工況下關(guān)鍵電位點(diǎn)的電位值（kV）刻/s U1 U2 U3 U4 U5 U6 U7 U8
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2837511