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模拟能否代替实际实验室试验?

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Transformer prepairing for testing
输配电行业 (T&D) 一直致力于实现经济、可靠的电力供应
  • 发布日期:
  • 关键词: Energy
输配电行业 (T&D) 一直致力于实现经济、可靠的电力供应。经济性和可靠性的任何提升都具有重要的意义和价值。基于标准的设备认证被普遍认为是保证元件质量、提高电网可靠性的最可靠途径。但是,认证应采用什么形式? 应该如何根据相关标准对元件进行评估?

PowerGrid International 的网络研讨会上,我的同事 Bas Verhoeven以“如何让合格的输配电元件增进电网性能”为题详细解答了这些问题。。在本网络日志中,我会针对性地探讨一个方面:基于模拟的认证。

计算机模拟与顶级实验室的对比

独立的实验室试验是进行设备认证的黄金标准。在严格受控的环境中,将设备置于模拟正常和故障状况的近似条件下,这样可以最全面地反映元件在现场的运行状态。然而,计算机技术和数学建模算法在近年来的进步让我们提出这样一个问题:模拟能否代替实验室试验?

模拟的独立标杆

行业组织 CIGRÉ(国际大电网委员会)在其 A3.20 工作组的一份报告中探讨了这个问题。报告的主要内容是使用模拟工具对高压断路器进行评估。报告直接对六氟化硫绝缘断路器简化几何模型进行的模拟绝缘试验和实际绝缘试验的结果进行了比较。模拟试验由六位专家分别利用四种不同的商用软件独立完成。 

试验人员对模拟结果相互进行了比较,并与 KEMA 实验室的实际试验结果进行了比较。该项深入研究发现,模拟工具在预测静态应力方面的效果很好,但在预测动态应力的方面则不尽人意。

 

无法准确模拟故障

换句话说,模拟工具可以准确地确定元件的应力是处于正常工况还是已经临近故障点。。但是,模拟工具无法可靠地确定元件一旦开始发生故障会有什么后果,也难以确定耐受能力。实际上,在 CIGRÉ 的报告中,预测耐受能力的波动幅度在模拟平均值的 40% 左右,与实测值的偏差也可高达 40%。 

虽然模拟是一种非常有价值的手段,但是在评估高压元件的性能时,模拟方法无法达到实际试验的准确性和可靠性。作为结论,CIGRÉ A3.20 工作组总结道:“建模与模拟在输配电行业的产品设计中得到了广泛应用和认可,但一般不能代替型式试验。”

对设计审查的重审

上述评论着重强调很难通过模拟预测设备在运行状态(特别是故障条件)下的表现。这对依赖于计算的其他高压设备评估手段也会产生影响,也解释了为什么物理试验仍然是最受信赖的确定电网元件质量的方式。

CIGRÉ 的另一项研究 (1) 佐证了这一观点,该研究的对象是变压器的短路表现。研究发现,在由于短路而发生故障的所有大型电力变压器中,有三分之一都成功通过了设计审查。但它们没有一个接受过实际短路试验。

经济高效地传递信心

从上述研究可以明确看出,实际试验可以发现其他方法无法发现的问题。因此,基于实验室试验的设备认证可以让所有利益相关方对输配电网络的元件更有信心。

试验常被视为一种高成本方案。但是,鉴于供电行业的严重故障可能造成巨大损失(例如维修费用、罚款、索赔和公司声誉损害等),在评估电网元件的质量和性能时,试验仍然是一种最具成本效益的解决方案。