Hairpin绕组电机电压分布仿真计算与绝缘优化

SiC逆变器驱动下Hairpin绕组电机承受高频、快速变化的复杂脉冲电应力,电机发生绝缘失效的可能性大为增加。为了解电机内部绕组的电压分布情况,对电机的绝缘可靠性做出评估,通过场路耦合有限元法对1台额定电压800 V的Hairpin绕组电机进行电压分布计算,得到了电机绕组中的电压分布规律。通过仿真和实测分析发现:电机的最大相地电压出现在三相绕组的入线端,数值为540V;匝间和相间电压最大值出现在绕组连接电路中串联顺序相距最远而空间上相邻的位置,分别为575V和923V;实测验证了计算结果的准确性,电压最大值处仿真与实测的误差为8%。基于仿真模型,发现30%的匝间或对地电容变化量对绝缘关键位置电压大小的影响不超过5%,并结合Dakin公式对电机的绝缘设计提出优化建议。以上结果可为Hairpin绕组电机的绝缘可靠性评估与绝缘设计提供借鉴。

基于有限元的高压设备箱绝缘优化研究

电缆连接器高压端部对箱体四壁放电影响动车组可靠运行,对连接器端部进行合理优化,可降低故障频次。分析绝缘护层加装位置、绝缘护层结构和绝缘护层厚度对电场强度分布的影响规律。仿真结果表明,电缆连接器高压端加装绝缘护层可有效改善电场分布,绝缘护层应紧贴连接器端部金属部件并延伸至靠近高压端的首个伞裙根部。试验结果表明:优化后的电缆连接器雷电冲击电压耐受值满足高海拔地区运行要求。

湖南电网线路绝缘子选型及外绝缘优化研究

分析湖南电网线路外绝缘现状,结合湖南气候特点和线路安全稳定运行需要,按照综合考虑输电线路防污、防雷和防冰性能要求,提出适于湖南地区的新建线路外绝缘选型及运行线路外绝缘改造的建议。

±1100 kV直流换流阀模块内部金属部件和层间绝缘子电场仿真及绝缘优化

文中以±1 100 kV直流换流阀模块内部金属部件和层间绝缘子为研究对象,采用SolidWorks及Ansys混合建模技术,建立了研究对象的三维模型。对该模型进行了单阀直流耐压试验仿真和交流耐压试验仿真,得到其电场分布结果,根据此结果对模型进行了绝缘优化。结果表明:单阀直流试验下散热器表面场强分布恶劣;两种试验下母排、水管金具表面场强分布均在场强控制值以内;两种试验下层间绝缘子及绝缘子金具表面场强分布均远远低于场强控制值。针对以上结果,首先对散热器倒角半径进行改进,改进后其表面场强分布情况得到明显改善,均降至场强控制值以内;然后研究缩小层间距的情形,层间距减小后仍可保证层间绝缘子及其金属表面场强分布在安全范围。

浅谈Ansoft Maxwell软件在小型化真空灭弧室绝缘优化设计中的应用

利用计算机辅助设计技术已经越来越受到研究人员的重视,它可以实现快速有效的设计而且可以优化产品的结构与性能。随着真空灭弧室不断走向小型化,其内部绝缘的优化设计至关重要,本文介绍一种比较简便实用的有限元分析软件——Ansoft Maxwell,运用其强大的电场分析功能,对所设计的小型化真空灭弧室内部电场进行定性分析,进而实现对小型化真空灭弧室内部结构的优化设计,使其获得较高的绝缘水平。

低低温和湿式电除尘器的绝缘优化设计及应用

目前低低温、湿式电除尘技术已成为燃煤电厂实现烟气"超低排放"的主流技术。低低温、湿式电除尘器的绝缘水平在很大程度是由绝缘子的表面状况,即表面电荷的积聚、带电微粒的运动以及表面覆盖物(酸露和水膜等介质)的影响程度和场强所决定。较为深入地研究和探讨了影响高压电场绝缘性能的因素,提出了低低温和湿式电除尘器绝缘性能优化方法,并介绍了低低温电除尘器绝缘改造实例。

电网线路绝缘子选型及外绝缘优化

分析广州电网线路外绝缘现状,结合广州气候特点和线路安全稳定运行需要,根据全生命周期成本理论,对架空线路悬垂串型进行技术经济分析,并按照综合考虑输电线路防风偏、防污和防雷的性能要求,提出适于广州电网线路绝缘子选型及外绝缘优化的建议。

12 kV环保气体绝缘环网柜电场分析及优化设计

近年来,环保气体作为SF 6的替代气体用于电力设备上成为了国内外的研究热点。为解决12 kV环保气体绝缘环网柜的放电问题,提出了金属均压罩和均压绝缘套两种优化设计方案加强环网柜绝缘薄弱部位,通过仿真分析对比了两种优化方案的电场分布情况,确定采用均压绝缘套方案作为最终的绝缘优化方案。

±1100kV特高压直流换流阀绝缘型式试验下的电场仿真及优化

为提高特高压直流换流阀塔绝缘可靠性、实现小安全裕度下换流阀绝缘的优化设计,以±1 100 k V直流换流阀作为研究对象,采用Solid Works及ANSYS混合建模技术,建立了换流阀塔的3维模型。对该模型进行单阀绝缘型式试验及多重阀直流耐压试验,得到其电场分布;并针对电场薄弱环节进行局部结构优化。研究结果表明:当选取2 700 k V/m作为换流阀厅内金具表面工作控制电场强度时,单阀绝缘型式试验中的屏蔽罩及横梁均存在电场薄弱环节,有可能产生电晕及放电现象;而多重阀直流耐压试验中不存在电场薄弱环节,不会产生电晕及放电现象。此外,增加横梁拐角、屏蔽罩侧边的倒角值以及在层间绝缘金具处添加均压环可以使得薄弱处电场强度低于控制值。

纳秒脉冲同轴结构固体绝缘介质尺寸优化分析

同轴电场沿径向分布不均匀,径向电场降落集中在内电极表面附近一定范围内。在内电极直径不变,外电极直径增加的情况下,内外电极距离大于一定阈值后,电场变化在经过一个快速减小的阶段后明显变缓;在仅仅增加内电极直径,固定内外电极距离,相应增加外电极直径的情况下,内电极直径少量增加大于一定阈值后,同轴电场变化类似地经过一个快速衰减阶段后明显趋于缓和。根据同轴电极结构内外电极间隙距离与内电极直径变化影响电场分布的阈值的存在,利用Ansys数值计算结合纳秒脉冲下同轴电场变压器油中有机玻璃和尼龙1010闪络特性的实验结果,提出同轴结构高功率脉冲功率装置绝缘结构优化概念,并且给出依据闪络距离与内电极直径变化闪络电压的经验公式。

“神龙二号”气体火花开关中绝缘结构的电场分析与优化

气体火花开关作为重要部件被大量地应用于直线感应加速器和Z箍缩等大型脉冲功率装置中。绝缘结构设计不合理会使得气体火花开关中出现局部电场畸变和电荷积聚等现象。在高电压脉冲下长时间或高频次运行时,火花开关中的绝缘子会发生沿面闪络现象,直接影响到脉冲功率装置的正常运行。鉴于此,对气体火花开关中的绝缘结构进行了有限元电场分析,用表面电荷的积聚定性解释了沿面闪络发生的原因。通过对绝缘子的几何结构和电极尺寸的优化设计,有效降低了绝缘子表面和电极表面的电场强度,其中阳极三结合点场强从9.4kV/mm降至1.5kV/mm,阴极三结合点场强从2.95kV/mm降至0.98kV/mm,绝缘子表面最高场强从10.8kV/mm降至4.95kV/mm。优化后的绝缘结构电场分布较为合理,降低了由于表面电荷的积聚而引发沿面闪络的概率。

考虑绝缘性能的变频调速电机轴承优化设计

针对当前工业领域变频调速电机轴承由于绝缘层厚度未规范化导致过早失效的问题,分析了绝缘层对电机轴承电蚀损伤的影响机制,在此基础上建立了绝缘轴承多目标优化模型,并提出改进NSGA-Ⅱ算法进行高效求解。通过电磁场和电路仿真分析揭示了绝缘层厚度对绝缘轴承中轴电流的影响规律,设立疲劳寿命、电蚀寿命、绝缘层表面硬度3个优化目标,借助绝缘轴承结构参数构建种群个体,在NSGA-Ⅱ算法中引入扩大初始种群规模、交配池去重、算术变异算子等改进策略以提高种群多样性。通过地铁牵引电机绝缘轴承实际算例表明,优化后轴承各项性能均得到提升,从而证明了所提优化设计方法具有较强的合理性和有效性。

考虑电-热耦合的高压电器箱三维电场仿真及优化

动车组车顶高压电器箱内集成了多种电气设备,各设备之间布局较为紧凑,可能造成电器箱内某些部件的表面电场严重畸变,进而导致击穿事故的发生。本文以国内某公司生产的高压电器箱为研究对象,利用COMSOL Multiphysics软件建立了高压电器箱三维电-热耦合模型,研究正常工况下考虑热场影响时电器箱内的电场分布规律。结果表明,考虑热场影响时,箱内场强最大值为32.64 kV/cm,最高温度为98.73℃,更符合实际运行情况。对于高压电器箱内电场畸变严重的设备进行绝缘优化,优化后电器箱内各设备场强均小于设定的起晕阈值。本文可为动车组车顶高压电器箱的工程设计提供参考。

换流变压器套管的电气绝缘结构研究与设计优化

开展特殊运行工况下环氧浸纸复合绝缘材料的理化特性试验,大长径比、多极板电容芯子的主绝缘结构优化设计。研究了大电流、高电压、多谐波条件下套管金属载流结构涡流发热和绝缘介质焦耳发热规律以及电热耦合条件下套管芯子径向稳态、暂态的电场、温度分布规律,并对温变、场变非线性条件下套管尾部绝缘配合结构—出线装置结构进行型式优化设计。结果表明:干式换流变压器套管内部极板的厚度一般设计为0.5~3.0 mm,且套管芯子内部的径向场强呈“U”型分布,其场强最大值为8.75 kV/mm,轴向电场强度分布均匀,下轴向场强约为0.5 kV/mm。

基于增强绝缘材料非线性电导率的特高压直流电缆接头优化设计研究

特高压直流输电工程的实施使得特高压直流电缆装备的需求日渐迫切。为研究特高压直流电缆接头的结构设计,从聚合物绝缘材料的非线性电导率特性对直流电缆接头绝缘电场分布的影响入手,分析改性硅橡胶对特高压直流电缆接头绝缘结构优化设计的影响。结果表明:直流电缆接头增强绝缘中电场强度会随着电缆负荷电流的增大而发生极性反转。掺杂的钛酸铜钙纳米纤维无机填料大幅增强了硅橡胶的电导率非线性,提高了硅橡胶的活化能和电场强度系数参数,降低电导率进入非线性区的阈值电场强度。改性硅橡胶增强绝缘材料明显抑制特高压直流电缆接头中的双层介质界面切向电场、应力锥和高压屏蔽管表面电场的畸变。采用改性硅橡胶作为特高压直流电缆接头增强绝缘材料,可弥补调整电缆接头结构尺寸仍不能有效抑制接头中电场畸变的不足。研究结果可有效解决特高压直流电缆接头设计中的电场控制难题。

换流变压器套管的电气绝缘结构研究与设计优化

环氧浸渍纸复合绝缘材料的物理和化学性能应在特定的工作条件下进行,应优化高比例多极电容器芯的基本绝缘结构。研究大电流、高电压、多谐波条件下电网绝缘外壳的绝缘,以及套管芯径向稳态和瞬态电场、温度分布和电热耦合条件下的温度分布。根据温度波动和非线性条件,对浮力尾绝缘的设计优化方案进行研究。

水轮发电机组转子绝缘降低原因分析及优化

水轮发电机组作为水电站中最重要的设备,其正常运转对水电站具有十分重要的意义。然而,在水电站水轮发电机组的实际运行过程中,经常出现发电机转子绝缘降低的故障,极大地影响了机组的稳定运行。本文针对这种情况,分析了发电机在运行过程中频繁出现转子绝缘降低故障的原因以及其可能造成的危害,并提出了转子绝缘降低的防范措施和相应的处理方法以及使用注意事项。

550kV高压套管绝缘结构优化设计

采用有限元电场分析计算方法优化550 k V高压套管绝缘结构设计,将其双屏蔽结构改为单屏蔽结构,屏蔽罩端部采用多R圆弧过渡;优化顶部多环均压结构为一个较大R的单环结构;在减少其零部件数量、降低成本的同时,提高了其运行可靠性。优化后的550 k V高压套管顺利通过了整套绝缘型式试验。

直流气体绝缘输电线路的绝缘设计

气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line,GIL)与架空线路相似但占地空间小、损耗低,在高压直流输电和特高压直流输电领域具有较大的应用空间。通过分析表面电荷和金属导电微粒对绝缘子沿面放电的影响,指出了绝缘子表面电荷积聚和自由金属导电微粒附着是降低直流GIL绝缘性能的重要原因。采用了使电场分布合理的方法,即半圆锥形盆式绝缘子的优化和表面电阻率阶梯分布的覆膜。设计了包括电极覆膜、微粒陷阱、驱赶电极和屏蔽环的直流GIL的绝缘结构。

110kV天然酯绝缘油变压器的绝缘分析

以一台110k V天然酯绝缘油变压器为研究对象,采用有限元法和纵向等值电容计算公式,计算了雷电冲击电压下该变压器内部的电场,依据计算结果对绝缘结构进行了优化,通过试验验证了优化的优越性。