O003110kV三相共箱式GIS盘式绝缘子三维电场计算及其结构优化

《O003110kV三相共箱式GIS盘式绝缘子三维电场计算及其结构优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、110kV三相共箱式GIS盘式绝缘子三维电场计算及其结构优化马爱清（1.上海电力学院电力与自动化学院，上海200090）摘要：随着GIS的小型化和三相共箱化，GIS用盘式绝缘结构经验的基础上，根据盘式绝缘子的实际物理模子的电气性能也越来越受到设计者的关注。本文采用有限元型，建立起正确合理的计算模型，用于作为电场计法对110kVGIS盘式绝缘子表面的电场和电位分布进行数值算的基础[14]。绝缘子凸、凹表面结构模型以及A、计算仿真，计算分析了在不同施压方式下GIS盘式绝缘子凸B、C三相导体位置示意如图1所示。形和凹形表面的电场分布情况以及相应的电场强度最大值，分析了它的电场强度分布规律，获得

2、了影响GIS盘式绝缘子表面绝缘的主要因素。在此基础上实现了绝缘子表面和导体屏蔽均压罩的结构优化设计。从而为盘式绝缘子工程的实际绝缘配合设计提供必要的数据和理论支持。关键词：GIS；盘式绝缘子；三维电场；结构优化0引言（a）凸表面（b）凹表面盘式绝缘子在GIS中起着隔离气室、支撑导体图1盘式绝缘子计算模型及绝缘等方面重要的作用，但它又是一个比较薄弱1.2网格剖分的环节，因此，为了保证GIS在电力系统中安全可本文以盘式绝缘子三维图形为计算分析对象，靠地运行，在设计盘式绝缘子时，除了要考虑盘式模型单元类型选用solid122单元，它是20节点、绝缘子的机械强度问题，还要考虑盘式绝缘子的电[17

3、]3D、自由度为电压的电场分析单元。[1-6]气性能。盘式绝缘子设计成凸面和凹面形状主要是为随着现代计算手段的不断提高，特别是商用电了增大爬电距离，对整个电场的分布有较大影响。磁场分析软件的广泛使用，现在解决二维乃至三维如果采用直接剖分的方式会使网格质量很差，即使[7-13]空间的电场分布问题已经变得不是很困难了。可以进行网格剖分，但由于网格划分的极不规范，本文采用有限元法对110kV三相共箱式GIS中盘式同样影响有限元的分析求解。因此本文对绝缘子的绝缘子部位的三维电场和电位分布进行详细计算。不规则结构进行剖分时选用了用户设置的高级选并利用有限元软件ANSYS自带的优化工具对盘式项，剖分

4、后圆孔边界相对比较平滑，更符合实体的绝缘子凹形表面以及屏蔽均压罩的结构进行了优边界，使得有限元模型更接近实体模型。而且利用化设计。通过分析计算结果并结合已有的放电理高级设置可以使有限元网格减少，加快计算速度，论，对实际绝缘结构设计提供一定的数据和理论支提高计算效率。本文中通过设置分网膨胀因子、分持。网过渡因子、角度等进行网格剖分,同时对盘面进1三维电场计算行必要的细化处理，GIS用盘式绝缘子的网格模型在进行绝缘子的三维电场数值分析之前，必须如图2所示：要建立绝缘子的计算模型。从形状上看，绝缘子的种类主要有盆式、锥式和柱式绝缘子。而对于三相共箱式GIS用绝缘子的结构，盆式和锥式之间没有一个

5、明显的定义，本文统一采用盘式绝缘子的称谓。1.1建立计算模型图2盘式绝缘子网格模型建立计算模型是有限元计算的主要环节，应在网格剖分后绝缘子三维有限元模型共有节点90146个，单元58925个。1.3电气性能计算内容（1）A、B、C三相导体接高压，外壳接地，在工频电压和雷电电压作用下，绝缘子表面电场分布。（2）一相导体接高压，外壳及其他相主导体接地，在工频电压和雷电电压作用下，绝缘子表面电(c)凹表面电位分布(d)凹表面场强分布场分布。图5A相接高压其它导体接地时盘式绝缘子电位分布和场强分布云图2计算结果及其绝缘分析图6（a）（b）（c）（d）分别是当B相导体接额虽然盘式绝缘子左右表面不对

6、称（见图1），但定相电压而其它几相以及外壳接地时绝缘子左右其电位分布相差不是太大，当A、B、C导体接额表面的电位和电场强度分布。定相电压而外壳接地时，其凸表面电位和电场强度分布分别如图3（a）、3（b）所示，凹表面电位和电场强度分布分别如图4（a）、4（b）所示(a)凸表面电位分布(b)凸表面场强分布（a）电位分布（b）场强分布图3盘式绝缘子凸表面电位和场强分布(c)凹表面电位分布(d)凹表面场强分布图6B相接高压其它导体接地时盘式绝缘子电位分布和场强分布云图由图4~图6（分别包括a、b、c和d电位分布和电场强度分布图）可见，盘式绝缘子表面形状变（a）电位分布（b）场强分布化处容易出现电

7、位线压缩现象，这是由于盘式绝缘图4盘式绝缘子凹表面电位和场强分布子的凸形面、凹形面和外屏蔽均压罩两端面的交界图5（a）（b）（c）（d）是A相导体接额定相电处，该处的曲率半径最小，从而形成电场集中。而压而其它几相以及外壳接地时绝缘子左右表面的由于GIS的体积趋于小型化，绝缘子表面电场的局电位和场强分布。部集中是GIS中常出现的问题，对GIS绝缘威胁很大。同时利用相同的方法计算了在雷电冲击电压550kV下的电场分布情况，在不同的施压方