高压直流分压器均压环结构优化的作用

作者： 国自电气 时间：2024-12-08 09:00:50 阅读：102

摘要:高压直流分压器外绝缘电场分布极不均匀,均压环的位置和尺寸参数是决定均压环表面场强大小的因素如设计不当会存在最大沿面场强超过电晕起始场强的情况。针对均压环的最佳参数不易求解的问题,传统遗传算法存在局部收敛的现象,采用小种群实数遗传算法(small population real-coded genetic algorithm,SPRGA)和 BF(back propagation)神经网络相结合的方法对高压直流分压器均压环进行了优化设计。计算结果表明,通过SPRGA和BP神经网络相结合优化后的均压环结构参数,可以减小均压环表面场强与沿面场强,减少电晕放电的概率,且相比传统遗传算法,其能进一步改善高压直流分压器电位与电场的分布,有利于提高直流分压器均压环设计的可靠性、实用性。

高压直流输电系统在我国电力网络中起着重要作用,直流分压器的可靠程度对电力网络安全稳定性至关重要。近年来,由直流分压器闪络等原因导致的故障频频发生,对直流输电系统造成了巨大损失。直流分压器端面由于电场强度高,在操作过程中极易发生电晕放电,还可能会出现电晕损耗、局部过热和泄漏电流增加等恶性情况,导致分压器精度降低电晕损耗是高压直流输电线路和直流电阻分压器的重要经济技术指标，,分压器电位和电场的分布与均压环的结构密切相关,因此对均压环进行结构参数优化可以降低表面最大电场强度,减少电晕放电的发生,有利于提高高压直流分压器利用效能,保证电网的安全稳定运行。

随着科学技术的进步,利用有限元数值计算软件进行电磁场研究已成为该领域的通用方法，通过对优化设计模型进行建模与仿真，可以更准确、更经济地进行参数评估。相关文献展示了考虑对多个位置的均压环进行组合时,高压分压器的电场强度分布仿真图像,并经过综合对比,得到了较优的均压环安装位置;相关文献通过神经网络拟合得到了均压环结构参数最优解,此结果是以绝缘子电场分布为结构优化目标进行计算得到的;相关文献展示了以棒形悬式复合绝缘子的芯棒和硅橡胶所承受的最大场强为目标函数,利用“分析-评估-修正”的循环过程对电场分布进行优化分析的结果。

安装均压环是目前高压分压器优化的最佳方式,能够更经济、有效地改善分压器的电位和电场分布。然而,如果均压环设计不合理,会在设备表面产生高场强区，对设备造成安全风险隐患，当均压环表面电场强度大于2.2kV/mm时,将导致均压环自身电晕放电。国内目前没有针对均压环尺寸和安装位置的统一标准和方法",对士500kV直流分压器均压环参数优化设计的研究仍是空白。

当前研究针对的对象均为绝缘子均压环,但缺少对高压直流分压器均压环结构优化设计的研究，此外,研究中所使用的优化方法为穷举法和神经网络优化算法,其弊端是工作量大、计算时间长、优化精度低等,容易遗漏最优结果。相关文献中提出了一种遗传算法与神经网络相结合的优化方法,但常规遗传算法存在局部收敛现象,导致适应度高的数个个体在种群中迅速繁殖,收敛范围狭窄,难以找到最优解。

为解决上述问题,本文采用小种群实数遗传算法(small population real-coded genetic algorithm,SPRGA)对士500kV高压直流分压器均压环参数进行仿真优化,得到了相对较优的结构,整个优化过程可广泛运用于直流输电工程优化结构参数的设计中。