Ansys输配电设备整体解决方案（上）

输配电设备设计技术挑战

主要高压设备

输配电设备关键技术问题

Ansys方案典型应用

Ansys输配电设备设计解决方案

Ansys提供一个可以对所有主要物理现象进行模拟的仿真平台

Ansys机电组件和系统解决方案

Ansys集成化设计解决方案

基于Ansys Workbench的多物理场仿真平台

输配电设备电场分析

有限元仿真基本流程

电场仿真目的和流程

• 电场仿真目的

- 计算电场强度和电场分布，校核绝缘设计

• 典型仿真流程

- 建立几何模型，并做合理简化

- 模型导入Maxwell软件，进行前处理设置（添加与实验电压对应的电压激励）

- 计算机求解

- 仿真完成后查看结果，并视需要优化设计

电场分布和绝缘设计

• Maxwell 2D 和 3D 静电场求解器

• 优化绝缘结构，减少压板和油道中的电场强度

• 绕组间的电压等位线

• 端圈处电场强度变小

• 压板的拐角处电场强度达到最大值

• 升高座内部电场

- 采用基于Maxwell二次开发的脚本，可以自动计算关键路径上的切向场强和累积场强

- 通过对比材料许用场强，可直接判断电场绝缘的安全性

• 在3D求解器中分析油和压板端圈的复杂绝缘系统

• 确定高电场应力区域

• 绝缘子污秽计算

- 采用半导体层模拟污秽层

- 计算漏电流和电场分布

极性反转计算

• 常用于HVDC换流变压器

- Maxwell计算结束后，可生成电场动画，对比不同时刻下的电场分布

断路器灭弧室电场计算

• 触指表面电场强度

- 结合电电场计算优化触指形状

GIS内部电场计算

• 计算母排表面电场强度

• 优化绝缘设计

• 计算绝缘盆子电场

换流阀电场计算

• 换流阀整体电场计算

- 阀层电场计算

- 屏蔽环电场计算

- 均压分析

变电站电场计算

输配电设备磁场分析

磁场仿真目的和流程

• 仿真目的

- 计算电磁特性，校验电磁设计，优化电磁方案

- 计算电磁特性，与结构场、流体场耦合，校核结构强度和散热设计等

• 仿真流程

- 简化模型并导入软件

- 添加相应的电磁激励

- 计算电磁性能

GIL母排涡流计算

• 计算涡流损耗

• 对比实心导体和空心导体的损耗

GIS壳体接地分析

• 计算在不同接地设计时壳体上的涡流

变压器结构件杂散损耗计算

磁密分布计算

• 铁芯磁密和漏磁场

- 通过结构件表面的磁密分布，判断是否需要加电磁屏蔽

磁力线云图

• Maxwell可以显示整个空间中的磁场分布和磁力线

负载损耗分析

• 在分接处，横向漏磁通对线圈产生额外的附加损耗

铁芯损耗

• 瞬态求解器使用 Steinmetz 公式计算铁芯损耗

• 根据 B-P 曲线拟合出系数

• 计算涡流、磁滞和附加损耗

• 考虑硅钢片裁剪造成的边缘效应

• 没有考虑叠片铁芯的物理现象和制造影响，例如：硅钢片的质量，搭接缝隙的边缘磁密，叠片上的压缩应力，环流

各向异性铁芯损耗模型

变压器短路电动力计算

• 使用 Maxwell 瞬态求解器的外部电路编辑器，在指定时刻用开关将短路施加到任意绕组上

• 可应用于复杂的绕组连接方式，例如移相变压器

• 绕组导体上的力密度图（N/m3）

• 可以计算每根导体的轴向力和径向力

• 可以考虑线圈的环向应力

特种变压器

• 电炉变压器不平衡电流计算

- 低压有15个并联盘式线圈

- Disk 1和Disk 15线圈中有明显的径向磁场穿过

- 径向磁场的不均衡将在并联线饼中生成不平衡电流

变压器涌流

• 使用 Maxwell 瞬态求解器

• 一次侧角接五柱变压器

• 使用外部电路搭建绕组联结组别

绕组短路阻抗

地磁感应电流分析 (GIC)

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