145kV复合套管电场计算与分析

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1、技术D=I=莩145kV复合套管电场计算与分析采用有限元分析法软件计算了145kV套管伞套内部和外部的场强分布和电位分布分析了接地内屏蔽筒的高度外径、翻边即环的曲率半径等对电场强度分布的影响并对接地内屏蔽的结构进行了优化设计为145kV复合套管的绝缘设计提供了理论依据狄谦是艳杰杨凤跃／中国电力科学研究院太管作为将载流导线引入GIS、断路器或变压文中复合套管电压分布和电场强度分布的数值计算器的引线绝缘，是电站和电器配套的关键设采用基于上述有限元法的ANSYS软件，计算模型依据备之一。近年来由于复合绝缘材

2、料所具有的憎水性好，zQ一145／2500-4型SFGIS进出线套管产品建立。其耐污闪能力强等众多优点，复合套管越来越多。但是复结构主要由环氧玻璃丝纤维管和高温硫化硅橡胶组成的合材料制造的非电容式套管采用的是插入式电极结构，复合绝缘层以及中心导电杆、上下法兰以及内屏蔽等组中心导体与接地法兰间电场分布的不均匀性问题突出。成，如图1所示。在外套和接地法兰边缘连接处电场十分集中，很容易从上法兰中心导电杆环氧树脂屏蔽筒此处开始电晕和滑闪放电。增设接地内屏蔽筒以改善此IJj且1J，处的电场分布，对于减小外套下端

3、内径，提高绝缘性能及可靠性很重要。但屏蔽的结构形式和结构参数对电场分布均匀性影响很大。笔者应用ANSYS有限元分析软件分析了环氧树脂和高温硫化硅橡胶制造的非电容式复合套管的电场分布，针对145kV有机复合外套GIS进图1145kV套管产品结构图出线套管实际产品，对不同的屏蔽结构形式和结构参数对电场的影响加以分析，得出了改善电场分布均匀性和模型是轴对称的二维模型，同时也考虑了远场区，满足工程需要的结果。如图2所示。ANSYS软件中提供了远场单元1NF110来组成无限大空间，无限大区域的剖分方式与有限区域

4、不1复合套管电场分布的计算方法同，远场单元的多少对计算的准确度有一定影响，可根高压套管是一种典型的电场具有强垂直介质表面分量的绝缘结构，其电场又属于典型的轴对称场，因此其求解可归结为二维轴对称静电场边值问题。其电位的拉普拉斯方程为fV妒=0{妒=(P)la／a，l=(P)相应的变分问题为ms1sc+min求解上述有限元方程，可以获得各节点的电位和电场强度。图2计算模型及无限远区域划分2008年第9期．毫．_【铺奄l57技术D荨据计算准确度来具体设定。剖分单元选用PLANE121和对接地内屏蔽上端放电。

5、INF110，单元属性为轴对称。模型计算参数如下表所示。从图4中可以看出，h为150InFfl时，下端伞附近电场强度达到了3．14kV／mm，超过了空气的击穿场强，会表选用的计算参数引起空气外闪络；随着h从150nqnl逐渐上升到202mnl，下端伞附近最大电场强度下降到1．845kV／mm，具有较加载两种边界条件：大绝缘裕度；随着屏蔽筒高度的继续增高，下端伞附近1)根据国标GB／T4109～1999《高压套管技术条最大电场强度也逐渐增大，外绝缘能力下降。同时，由件》的要求，145kVGIS出线套管必

6、须通过60S工频于屏蔽筒高度对内绝缘也会产生一定程度的影响，因此干湿耐受电压试验(试验电压275kV)，因此在中心导屏蔽筒高度的最终确定是套管内外绝缘两者最优化的平电杆及其金属附件上施加275kV电位，接地法兰施加衡点。零电位。2)在远场单元无限远边界加载，同时剖分过程中对关键区域及曲线采取加密方式。2复合套管电场分布计算结果与分析●1．》簸脚蜡窿钭释在分析和讨论每个因素的影响时，其他的因素不32105352515O变，只改变所要讨论的因素。所要讨论的因素有接地内屏蔽筒的高度h、外径尺2、形状即环的曲

7、率半径尺1，如15018O185190202204206215220图3所示。屏蔽筒高度／mm图4下端伞附近最大电场强度随屏蔽简高度变化示意图2．2接地法兰内屏蔽筒外径／：／2对电场分布的影响接地法兰内屏蔽外径对套管电场分布有着显著的影响。由于套管内部电场强度最大值集中在导电杆表面附置近，R2过小，该电场强度最大值会超出SF6气体击穿场强，导致套管被击穿；而尺2过大，对套管下端外绝缘能力会产生不良影响。从图5中可以看出，屏蔽筒外径对套管内绝缘有显著影响：尺2为160mm时，导电杆表面的电场强度达到图3

8、屏蔽简计算参数示意图I●圣2．1接地法兰内屏蔽筒高度h对电场分布的影响鹾接地内屏蔽高度h对套管外电场分布有很显著的影陋{I1葚响：h过小，套管下端电场集中，分布极不均匀，易引引起外闪络；h过高，不仅会使套管中上部的外电场集曲130140150160170中，套管高度未得到充分利用，而且内屏蔽上端部的场屏蔽筒外径／ram强会大到难以忍受的地步，可能导致套管上部穿过外套图5导电杆表面最大电场强度随屏蔽简外径变化示意图58Iqi~Ul·2008年第9期