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特高压干式平波电抗器磁场和电动力研究

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摘要

第1章 绪论

1.1.1 课题背景

1.1.2 课题意义

1.2 国内外研究现状与发展动态分析

1.2.1 电抗器磁场分布研究现状

1.2.2 电抗器电动力的计算分析

1.3 本文研究内容

第2章 电抗器磁场和电动力的计算原理

2.1 磁场的计算原理

2.1.1 有限元计算平波电抗器磁场的基本原理

2.1.2 有限元模型的建立

2.2 电动力计算原理

2.2.1 洛伦兹力法

2.2.2 麦克斯韦张量法

2.2.3 虚功法(也叫虚位移法)

2.2.4 等效源法

2.3 本章小结

第3章 稳态磁场和电动力的计算和分析

3.1 稳态电流分布计算分析

3.2 磁场和电动力计算分析

3.3 结构分析

3.3.1 结构分析模型的建立

3.3.2 应力和位移分析

3.4 本章小节

第4章 暂态磁场和电动力的计算和分析

4.1 暂态故障电流分布的计算分析

4.1.1 节点磁链法

4.1.2 平波电抗器暂态故障电流计算分析

4.2 磁场和电动力计算分析

4.3 暂态电动力的强度校验

4.4 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢

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摘要

由于我国能源中心和经济中心的偏离,使得特高压直流输电技术被广泛应用。特高压于式平波电抗器是特高压直流输电工程中的重要设备,有平滑纹波,限制短路电流,防止换相失败等重要作用,在实际工程中有着广泛的应用。但是关于该种电抗器在各种工况下磁场和电动力的分布,以及电动力对绝缘层的影响还未见文献讨论。
  本文以向家坝-上海±800kV/4000A特高压直流输电工程中的一台特高压干式平波电抗器为研究对象,针对电抗器在正常运行时和短路时的不同情况,建立了不同的电路模型,准确计算了电抗器在稳态和暂态下的电流。在有限元分析软件ANSYS中建立了研究对象的磁场模型,详细计算了该情况下的磁场和电动力分布。为深入研究电抗器包封绝缘层在受到电动力之后的受力情况,在有限元结构分析软件SOLIDWORKS SIMULATION中建立了研究对象的有限元结构分析模型,得到了各层包封的形变和应力情况。以此为基础对其机械强度进行了校验并讨论了电抗器结构上的薄弱环节,给出了改进建议。
  计算的结果表明,由于在设计阶段没有足够的考虑短路时的暂态情况,故障电流在暂态过程中循环电流和电流集中问题十分严重。而电抗器由于其结构上的原因,磁感应强度分布有自内向外逐渐减小趋势,因此电流的分布应该从内向外逐渐缓慢增大。包封绝缘层的整体机械强度足够,可以承受各种工况下的电动力,但是局部电动力过大可能会引发撑条掉落,线圈绝缘层脱离等故障,需要采取措施提高其机械强度。

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