穿墙套管的屏蔽仿真及优化设计

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1、第23卷第5期厦门理工学院学报Vol．23No．52015年10月JournalofXiamenUniversityofTechnologyOct．2015穿墙套管的屏蔽仿真及优化设计11222邓虎，彭彦卿，游一民，马宗雄，肖梁贤(1．厦门理工学院电气工程与自动化学院，福建厦门361024;2．厦门华电开关有限公司，福建厦门361006)［摘要］为改善40.5kV开关柜D型母线穿墙套管出现局部绝缘老化、尖端放电问题，提出在穿墙套管内部增加高低电位的屏蔽环进行优化设计．利用有限元分析软件ANSYSWorkbench分别对穿墙套管无屏

2、蔽、穿墙套管有高低电位屏蔽、优化后的穿墙套管高低电位屏蔽3种方案进行系统仿真．仿真结果表明:优化后的穿墙套管内部空气域和外部空气域的电场均低于空气临界击穿场强值，屏蔽效果非常显著．［关键词］穿墙套管;高低电位屏蔽环;开关柜;ANSYSWorkbench［中图分类号］TM591［文献标志码］A［文章编号］1673－4432(2015)05－0041－05穿墙套管是高压开关柜的重要组成部件，广泛应用于电力系统中，它的作用是使高压导线安全地穿过［1－3］金属板隔离室，从而与其他设备相连．在变电站运行及检修中发现，开关柜母线穿墙套管处比较

3、容易出现绝缘故障，严重时会导致母线与金属柜体发生放电现象，影响系统正常运行，危害工作人员的安［4－6］全．另一方面，在安装穿墙套管时，不可避免地会使安装板与穿墙套管之间存在空气间隙，由于电势［7－8］差的影响，运行过程中穿墙套管内部母线与安装板之间的空气间隙易产生局部放电，产生安全隐患．［9］本文在穿墙套管内增加高低电位屏蔽环以及对高低电位屏蔽环进行优化设计，从而找出了一种最佳方案．1穿墙套管建模对穿墙套管建模分析，采用有限元ANSYSWorkbench分析软件，不仅可以得到套管内外空气域电场分布图，还能清晰得到场强最大值分布位置

4、，进而优化．在此次3种试验方案中，采用40.5kV开关柜，工频电压为95kV．模拟仿真时，母线及高电位屏蔽环施加峰值电压为95槡2kV(134.33kV)，金属板及低电位屏蔽环所加电压为0mV．具体步骤如下:步骤1首先在ANSYSWorkbench界面下选择Electric模块导入“40.5kV穿墙套管装配体_D形母线排”X_T文件．步骤2在DM环境下，分别将环氧树脂浇注体和高压母线排生成圆柱型空气域．完成后将所有体生成一个BOX空气域．最后分割空气域，抑制不需要的体和空气域，形成一个Part．步骤3双击打开Mechanical，

5、完成Part环氧树脂和SolidCommandes命令的添加，并创建Nameselections．步骤4进行网格的划分．点击Mesh，菜单栏中选中Method，选中所有体，网格类型选择四面体Tetrahedrons，然后分别选择不同的体进行Sizing操作，如图1所示．［收稿日期］2015－04－14［修回日期］2015－09－22［基金项目］福建省科技计划项目(2012H0040)［作者简介］邓虎(1988－)，男，硕士研究生，研究方向为电器设计．通讯作者:彭彦卿(1966－)，女，教授，博士，研究方向为电器智能化技术及应用．E

6、-mail:pyqxm@163．com·42·厦门理工学院学报2015年步骤5分别给高低电位导体加压．点击Steady-stateElectricConduction，在菜单栏中选中Voltage，分别选择Nameselections选项中的HV和GND，并施加相应的电压．其中GND为0mV，高压HV为134.33kV，如图2所示．步骤6对模型进行求解．点击solution，在菜单栏中选择ElectricVoltage，TotalElectricFieldIntensity并进行求解．2穿墙套管结构对于40.5kV穿墙套管整体结构

7、如图3所示．它主要由环氧树脂、内部嵌件2部分组成．内部嵌件包括高电位屏蔽环及低电位屏蔽环．3种方案穿墙套管内部结构如图4所示．方案一中的无屏蔽穿墙套管由D型母线排、环氧树脂、金属板组成，如图4(a)所示．方案二如图4(b)所示，相比方案一增加高低电位屏蔽环，它们嵌在环氧树脂内，宽度一致．方案三如图4(c)所示，有屏蔽优化后的穿墙套管是在方案二的基础上改变高低电位屏蔽环的宽度，因为金属板与穿墙套管形成的空气域宽度很窄，通过减少低电位屏蔽环的宽度，从而减小穿墙套管内部空气域场强，达到试验要求．3仿真结果比较与分析3.1参数设计表1相关

8、电介质的临界场强和相对介电常数表1列出了试验用到材料的电介质的临界场强及其相Table1Criticalfieldstrengthandrelative对介电常数．电场的分布与材料的介电常数有关．当作为permittivityofthedielec