特高压复合套管设计计算与分析

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1、EM优化设计OptimizationDesign■钟建英韩书谟张友鹏/河南平高电气股份有限公司特高压复合套管设计计算与分析1前言性能降低。所以在结构上采用两层屏蔽系统来均我国晋东南－荆门1000kV特高压交流试验匀电压，中间屏蔽用绝缘支撑与地电位连接。高示范工程正在顺利进行中，目前已进入实质性设电位无线电干扰和局部放电屏蔽采用两层屏蔽环，备研制阶段。特高压套管作为特高压交流设备主套管内气体为SF气体。采用此设计的特高压复6要元件之一，它的研制对特高压工程有着举足轻合套管的物理模型如图1所示。重的作用。由于特高压套管瓷套、内径分别长达10m和1m

2、左右，研制技术难度非常高，所以开展特高压交流输变电设备套管设计技术的研究势在必行。由于硅橡胶具有良好的力学和电气性能、极好的疏水特性，极好的抗爬电和抗电弧能力，良1234567图1特高压套管物理模型好的耐气候影响和耐污秽能力等特点，所以目前1、５、６—屏蔽环2—导电杆3—双层屏蔽硅橡胶被广泛应用于高压套管的外绝缘中。采用4—硅橡胶套环7—接线板硅橡胶制造的复合套管憎水性好，体积小，质量相对瓷套管轻。本文是在河南平高电气股份有限特高压套管的电场分布特点为：电场分布轴公司对GIS研制开发基础上，利用ANSYS分析软对称，所以求解可归结为二维轴对称静

3、电场边值件对1100kV复合硅橡胶套管的设计开发进行了问题，其电位的拉普拉斯方程为计算分析，根据计算分析结果设计出了满足工程2=(1/r)(r/r)2/z2=0需要的特高压硅橡胶复合套管，得到了优化后的套管结构方式。3边界条件考虑到SF气体负极性的冲击系数，雷电冲62特高压复合套管的物理及数学模型击击穿电压的冲击系数（1.4）高于操作冲击的本文研制开发的特高压复合硅橡胶套管高度1.05和工频电压的1.0，计算时仅用雷电值进行由瓷套厂家确定，考虑到加工的方便，中心导体计算和分析。采用对接形式，利用焊接将导电杆和接头焊接而电位赋值：中心导体及上屏蔽

4、2400kV；接成。导电管与上法兰采用螺栓连接，由于为特高地屏蔽及外壳、法兰及地平面赋0电位；中间屏压等级套管，根据电容式套管的设计和使用经验，蔽赋等电位变量；其余边界不赋值。多层同轴圆柱形屏蔽改善电场分布的效果很好，介质属性：空气、SF气体、环氧树脂、玻6根据这个经验同时考虑到结构设计的可能性和简璃钢筒和硅橡胶的相对介电常数分别取值1、化制造工艺等因素，采用了中间电位与接地电位1.002、4.95、3.5。双重屏蔽的设计方案，可使套管的内外电场分布剖分密度：ANSYS中剖分选项SmartSize取更加合理。设置中间电位屏蔽，可以改善套管外1并

5、在关键曲线上2倍加密。电场分布。这是因为电压等级高，套管下半部电前处理方式：局部剖分、模型局部简化。位梯度较大，电场集中于套管下端而导致外绝缘后处理方式：显示结点（每个剖分单元为三62

6、电气制造·2008年第２期OptimizationDesign角形6结点）结果。4计算结果与分析4.1计算结果见图2～图9。4.2计算结果分析根据套管各个部位的电场，由以上计算结果可以看出：1)最大场强出现在电连接屏蔽罩下部，Emax=20.254kV/mm＜24kV/mm。图4中间屏蔽筒上的感应电位和接地屏蔽翻边附近的电场分布2)中间屏蔽筒上的感应电位为611

7、kV，电压分担比25.5%；中间屏蔽筒翻边上最大值为10.121kV/mm；接地屏蔽筒翻边上为12.094kV/mm，裕度很大。3)复合套内壁沿面上的最大值为1.322kV/mm＜6kV/mm；外壁沿面最大值为1.094kV/mm＜2.45kV/mm，裕度很大。4)环氧浇注件沿面最大场强值为8kV/mm图5下绝缘棒附近的电场分布图2电位分布图6电联接处电场分布＜12kV/mm。5)绝缘件内部嵌件在2400kV下的最大场强值为7.698kV/mm，折算成1.1倍相电压下的场强值为2.24kV/mm＜3kV/mm。6)上下外绝缘屏蔽环上的最大场强值

8、2.292kV/mm＜2.45kV/mm。7)距离地面1.5m处的最大场强值在2400kV下为73kV/m，折算成相电压下的场强值为19.3kV/m图3中间屏蔽筒上的感应电位和中间屏蔽翻边附近电场分布＜20kV/m。www.eage.com.cn2008年第２期·电气制造

9、63EM优化设计OptimizationDesign图7支撑绝缘子电场分布图9距离地面1.5m处附近的电场分布套管结构进行计算分析，可以得到如下结论：1)套管内绝缘能承受峰值2400kV雷电冲击电压，设计裕度很大。外绝缘满足2000m海拔，小于2.45kV/mm的强度要求，套

10、管和绝缘件内外表面场强小于其沿面临界放电强度，绝缘件内部的电场强度满足长期运行的要求，其余部位也有相当的设计裕度，满足设计要求。图8高电位屏蔽环附近的