[發明專利]橋臂電抗器周圍鋼結構發熱分析方法

在審

• 申請號: 202210106525.8
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114462164A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 陳鵬;周國梁;馬亮;梁言橋;劉兵;劉宇;胡宗邱;張斯翔;羅代軍;陳晨;楊金根;尚宇星;文韜;王秋源;許斌
• 申請（專利權）人: 中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司;三峽新能源南通有限公司;中國三峽建工（集團）有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/04;G06F111/10;G06F113/14;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安;張繼東

本發明涉及柔性直流輸電工程技術領域，公開了一種橋臂電抗器周圍鋼結構發熱分析方法，根據換流站室內橋臂電抗器電氣設備布置圖紙建立分析模型；根據鋼結構的連接類型，剖分鋼結構接觸區域的局部接觸區域模擬接觸不良的情形；在磁場接口中對橋臂電抗器添加電流激勵，在固體傳熱場中對鋼結構、鋼結構接觸區域設置耦合電磁熱源和對流散熱面；基于多參數仿真，確定參數范圍下鋼結構接觸區域在橋臂電抗器磁場引發電流的影響下出現發熱的最大值。本發明橋臂電抗器周圍鋼結構發熱分析方法，復現及預測橋臂電抗器周圍鋼結構在橋臂電抗器磁場影響下接觸不良的連接面可能發生的異常發熱現象，為預防和治理室內橋臂電抗器周邊鋼結構發熱現象提供可靠參考。

技術領域

本發明涉及柔性直流輸電工程技術領域，具體涉及一種橋臂電抗器周圍鋼結構發熱分析方法。

背景技術

VSC-HVDC技術作為新一代直流輸電技術，其特點在于基于全控型IGBT器件，可以通過高頻調制技術實現有功功率和無功功率的獨立控制。MMC在損耗、輸出電壓以及IGBT一致性要求方面均有明顯的優勢，已成為柔性直流輸電的主流。

MMC的每一相包括上下兩個橋臂，每個橋臂串聯一個橋臂電抗器，其與聯接變壓器之間的漏抗共同構成換流站的環流電抗，主要起控制功率傳輸、濾波和抑制交流側電流波動的作用，還能抑制橋臂間環流和短路時上升過快的橋臂故障電流。運行工況下，橋臂電抗器內電流為直流分量、一定的基頻交流和少量的諧波分量。針對偶數次諧波，MMC一般具有環流抑制裝置，因而橋臂電抗器中諧波占比很小。

橋臂電抗器一般采用干式空心電抗器，該種電抗器的優點是：電感值恒定、安全、免維護。但是交變電流流過干式空心電抗器時，會在周圍產生交變磁場，進而引起周圍的金屬材料中引起感應電流，產生焦耳熱損耗。

在某陸上柔直換流站運行試驗中發現，橋臂電抗器室內部分消防管道抱箍、消防管道法蘭、消防管道支撐等位置存在著單點發熱現象，且某些位置的溫度接近150℃，環境溫度為30℃，溫升接近于120K。除單點發熱外，還存在著消防管道抱箍整體發熱的現象，抱箍整體有35K的溫升，根據GB50017-2017，高溫環境下的鋼結構溫度超過100℃時，應進行結構溫度作用驗算，并應根據不同情況采取防護措施。根據IEC 60364-4-42:2014中的規定，對于金屬的可觸及的表面，最高溫度不應超過70℃。

全戶內、全封閉布置的換流站的橋臂電抗器室結構緊湊，設計之初已經使金屬結構滿足橋臂電抗器防磁安全距離，但是橋臂電抗器運行時仍有可能發生金屬結構發熱現象，引起一定的安全問題，且現有仿真分析文獻均未涉及橋臂電抗器磁場影響下鋼結構連接處接觸不良問題，因此研究換流站橋臂電抗器漏磁場發熱研究有著重要意義。

發明內容

本發明的目的就是針對上述技術的不足，提供一種橋臂電抗器周圍鋼結構發熱分析方法，復現及預測橋臂電抗器周圍鋼結構在橋臂電抗器磁場影響下接觸不良的連接面可能發生的異常發熱現象，為預防和治理室內橋臂電抗器周邊鋼結構發熱現象提供可靠參考。

為實現上述目的，本發明所涉及的橋臂電抗器周圍鋼結構發熱分析方法，包括如下步驟：

根據換流站室內橋臂電抗器電氣設備布置圖紙建立磁場-固體傳熱場有限元分析模型，所述磁場-固體傳熱場有限元分析模型包括橋臂電抗器、鋼結構、鋼結構接觸區域和仿真域；

根據鋼結構的連接類型，剖分所述鋼結構接觸區域的局部接觸區域，模擬接觸不良的情形；

在磁場接口中對所述橋臂電抗器添加電流激勵，在固體傳熱場中對所述鋼結構、鋼結構接觸區域設置耦合電磁熱源和對流散熱面；

基于多參數仿真，確定參數范圍下所述鋼結構接觸區域在橋臂電抗器磁場引發電流的影響下出現發熱的最大值。

優選地，磁場-固體傳熱場有限元分析模型為三維模型。

優選地，所述橋臂電抗器包括室內磁場影響空間內所有的橋臂電抗器。