輸配電設備設計技術挑戰

主要高壓設備

輸配電設備關鍵技術問題

Ansys方案典型應用

Ansys輸配電設備設計解決方案

Ansys提供一個可以對所有主要物理現象進行模擬的仿真平臺

Ansys機電組件和系統解決方案

Ansys集成化設計解決方案

基于Ansys Workbench的多物理場仿真平臺

輸配電設備電場分析

有限元仿真基本流程

電場仿真目的和流程

? 電場仿真目的

- 計算電場強度和電場分布，校核絕緣設計

? 典型仿真流程

- 建立幾何模型，并做合理簡化

- 模型導入Maxwell軟件，進行前處理設置（添加與實驗電壓對應的電壓激勵）

- 計算機求解

- 仿真完成后查看結果，并視需要優化設計

電場分布和絕緣設計

? Maxwell 2D 和 3D 靜電場求解器

? 優化絕緣結構，減少壓板和油道中的電場強度

? 繞組間的電壓等位線

? 端圈處電場強度變小

? 壓板的拐角處電場強度達到最大值

? 升高座內部電場

- 采用基于Maxwell二次開發的腳本，可以自動計算關鍵路徑上的切向場強和累積場強

- 通過對比材料許用場強，可直接判斷電場絕緣的安全性

? 在3D求解器中分析油和壓板端圈的復雜絕緣系統

? 確定高電場應力區域

? 絕緣子污穢計算

- 采用半導體層模擬污穢層

- 計算漏電流和電場分布

極性反轉計算

? 常用于HVDC換流變壓器

- Maxwell計算結束后，可生成電場動畫，對比不同時刻下的電場分布

斷路器滅弧室電場計算

? 觸指表面電場強度

- 結合電電場計算優化觸指形狀

GIS內部電場計算

? 計算母排表面電場強度

? 優化絕緣設計

? 計算絕緣盆子電場

換流閥電場計算

? 換流閥整體電場計算

- 閥層電場計算

- 屏蔽環電場計算

- 均壓分析

變電站電場計算

輸配電設備磁場分析

磁場仿真目的和流程

? 仿真目的

- 計算電磁特性，校驗電磁設計，優化電磁方案

- 計算電磁特性，與結構場、流體場耦合，校核結構強度和散熱設計等

? 仿真流程

- 簡化模型并導入軟件

- 添加相應的電磁激勵

- 計算電磁性能

GIL母排渦流計算

? 計算渦流損耗

? 對比實心導體和空心導體的損耗

GIS殼體接地分析

? 計算在不同接地設計時殼體上的渦流

變壓器結構件雜散損耗計算

磁密分布計算

? 鐵芯磁密和漏磁場

- 通過結構件表面的磁密分布，判斷是否需要加電磁屏蔽

磁力線云圖

? Maxwell可以顯示整個空間中的磁場分布和磁力線

負載損耗分析

? 在分接處，橫向漏磁通對線圈產生額外的附加損耗

鐵芯損耗

? 瞬態求解器使用 Steinmetz 公式計算鐵芯損耗

? 根據 B-P 曲線擬合出系數

? 計算渦流、磁滯和附加損耗

? 考慮硅鋼片裁剪造成的邊緣效應

? 沒有考慮疊片鐵芯的物理現象和制造影響，例如：硅鋼片的質量，搭接縫隙的邊緣磁密，疊片上的壓縮應力，環流

各向異性鐵芯損耗模型

變壓器短路電動力計算

? 使用 Maxwell 瞬態求解器的外部電路編輯器，在指定時刻用開關將短路施加到任意繞組上

? 可應用于復雜的繞組連接方式，例如移相變壓器

? 繞組導體上的力密度圖（N/m3）

? 可以計算每根導體的軸向力和徑向力

? 可以考慮線圈的環向應力

特種變壓器

? 電爐變壓器不平衡電流計算

- 低壓有15個并聯盤式線圈

- Disk 1和Disk 15線圈中有明顯的徑向磁場穿過

- 徑向磁場的不均衡將在并聯線餅中生成不平衡電流

變壓器涌流

? 使用 Maxwell 瞬態求解器

? 一次側角接五柱變壓器

? 使用外部電路搭建繞組聯結組別

繞組短路阻抗

地磁感應電流分析 (GIC)

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