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535kV混合式高压直流断路器电场计算与分析

汇报人：

2024-01-22

目录

CONTENTS

引言

535kV混合式高压直流断路器概述

电场计算方法与模型建立

电场计算结果与分析

温度场-电场耦合分析

结论与展望

引言

1

2

3

随着电力电子技术的不断进步，高压直流输电技术因其高效、灵活的优势在电力系统中得到广泛应用。

高压直流输电技术的快速发展

在高压直流输电系统中，直流断路器是保障系统安全稳定运行的关键设备之一，其性能直接影响到系统的可靠性和稳定性。

直流断路器的重要性

相较于传统机械式直流断路器，混合式高压直流断路器具有快速响应、低损耗、高可靠性等优点，成为当前研究的热点。

混合式高压直流断路器的优势

国外研究现状

国内研究现状

近年来，国内在混合式高压直流断路器的研究方面也取得了显著进展，但相较于国外仍存在一定差距，需要进一步加强研究和探索。

国外在混合式高压直流断路器的研究方面起步较早，已经取得了一系列重要成果，包括断路器拓扑结构、控制策略、仿真分析等方面。

VS

本论文旨在通过对535kV混合式高压直流断路器的电场计算与分析，揭示其内部电场分布规律和影响因素，为优化断路器设计和提高性能提供理论支持。

研究内容

本论文将首先建立535kV混合式高压直流断路器的三维电场模型，然后利用有限元方法对模型进行求解和分析，最后根据计算结果对断路器内部电场分布规律和影响因素进行深入探讨。

研究目的

535kV混合式高压直流断路器概述

机械开关

电力电子开关

控制与保护系统

采用快速机械开关，用于在正常运行时导通电流，以及在故障时切断电流。

由大量可控的电力电子器件组成，用于在故障时快速切断电流，以及在正常运行时提供通路。

实时监测电网状态，控制机械开关和电力电子开关的动作，保护断路器免受损坏。

在正常运行时，电流通过机械开关流通；当发生故障时，控制与保护系统迅速动作，触发电力电子开关切断电流，同时驱动机械开关断开。

混合式高压直流断路器结合了机械开关和电力电子开关的优点，具有快速切断、低损耗、高可靠性等特点。

特点

工作原理

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短路容量

能够切断的最大短路电流

01

额定电压

535kV

02

额定电流

根据实际需求确定

从接收到切断信号到完全切断电流所需的时间

动作时间

保证断路器在高压环境下正常工作的绝缘能力

绝缘水平

机械开关在正常工作条件下的使用寿命

机械寿命

确保在故障条件下能够可靠地切断电流

电力电子器件耐压和耐流能力

电场计算方法与模型建立

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有限差分法

有限元法

边界元法

将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体，利用在每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的未知场函数。

将求解域划分为差分网格，用有限个网格节点代替连续的求解域，将偏微分方程的导数用差商代替，推导出含有离散点上有限个未知数的差分方程组。

只在定义域的边界上划分单元，用满足控制方程的函数去逼近边界条件，通过变分原理建立起边界积分方程，再求解边界积分方程得到边界上的解，最后由边界上的解求得域内的解。

根据535kV混合式高压直流断路器的实际结构，建立三维电场计算模型。模型中应包括断路器的主要部件，如触头、灭弧室、绝缘子等。

模型建立

对模型进行网格划分，将连续的求解域离散化。网格的疏密程度应根据电场计算的精度要求和计算机的计算能力来确定。在电场变化剧烈的区域，如触头附近，应加密网格以提高计算精度。

网格划分

边界条件

根据断路器的实际工作条件，设置模型的边界条件。例如，对于接地部件，应设置为零电位；对于高压端，应设置为相应的电压值。

求解设置

选择合适的求解器和迭代方法，设置收敛判据和最大迭代次数等参数。对于非线性问题，还需要设置初始值和迭代步长等参数。

电场计算结果与分析

在535kV混合式高压直流断路器中，电场分布呈现非均匀性，主要集中在断路器触头附近和绝缘介质中。

触头附近的电场强度较高，尤其是在触头间隙最小处，电场强度达到最大值。

绝缘介质中的电场分布受到电极形状、介质材料和介质厚度等因素的影响，呈现出复杂的分布形态。

电极形状对电场分布有显著影响，不同形状的电极会导致电场强度的差异和分布的不均匀性。

介质材料对电场强度的影响较大，不同材料的介电常数和击穿场强不同，从而影响电场分布和绝缘性能。

介质厚度对电场分布也有一定影响，厚度增加会降低电场强度，但过厚的介质可能导致局部放电和击穿。

03

同时，还需要考虑温度、湿度等环境因素对绝缘性能的影响，以及长期运行下的老化问题。

01

根据电场计算结果，可以对535kV混合式高压直流断路器的绝缘性能进行评估。

02

需要关注触头附近和绝缘介质中的最大电场强度是否超过材料的击穿场强，以确保断路器的安全运行。

温度