252kV高壓套管絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

何榮濤，余良清

(1.中電裝備許繼集團(tuán)有限公司，廈門(mén)361101;2.新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110025)

252kV高壓套管絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

何榮濤1，余良清2

(1.中電裝備許繼集團(tuán)有限公司，廈門(mén)361101;2.新東北電氣集團(tuán)高壓開(kāi)關(guān)有限公司，遼寧沈陽(yáng)110025)

220kV電網(wǎng)是我國(guó)的重要網(wǎng)架，252kV高壓GIS設(shè)備是保證其安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。高壓套管是GIS的重要組成部分。優(yōu)化設(shè)計(jì)252kV高壓套管，對(duì)于保證252kV GIS安全可靠運(yùn)行具有重要意義。采用有限元電場(chǎng)分析計(jì)算方法優(yōu)化設(shè)計(jì)252kV高壓套管的絕緣結(jié)構(gòu)，優(yōu)化其屏蔽罩端部單R形狀為多R圓弧過(guò)渡，優(yōu)化后其上電場(chǎng)強(qiáng)度降低12.5%，優(yōu)化后的252kV高壓套管順利通過(guò)了整套絕緣型式試驗(yàn)。

高壓套管;絕緣結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

電力工業(yè)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)也提出了更高的要求。220kV電網(wǎng)是我國(guó)電能輸送的重要網(wǎng)架。252kV高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備是保證220kV電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備。

252kV高壓套管是252kV GIS的重要組成部分，其主要功能是將高電壓、大電流引入或引出GIS，需要具備相應(yīng)的絕緣耐受能力。高壓套管的絕緣性能與其屏蔽結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。應(yīng)用有限元分析計(jì)算方法對(duì)252kV套管(見(jiàn)圖1)的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化其端部單R形狀為多R圓弧過(guò)渡;介紹了多R圓弧過(guò)渡屏蔽罩的制造工藝。優(yōu)化后的252kV套管順利通過(guò)了整套絕緣型式試驗(yàn)。

圖1 252kV BG典型絕緣結(jié)構(gòu)

2 252kV高壓套管絕緣水平要求

根據(jù)GB/T 11022－2011《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》，252kV高壓套管需要滿(mǎn)足的絕緣耐受水平等主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 252kV高壓套管主要技術(shù)參數(shù)

3 數(shù)學(xué)模型

絕緣結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)基于電場(chǎng)分布的計(jì)算分析。目前，復(fù)雜絕緣結(jié)構(gòu)電場(chǎng)分布的計(jì)算主要采用有限元數(shù)值分析計(jì)算方法。

252kV高壓套管屬于典型的軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，將其軸截面的一半作為分析對(duì)象，與該電場(chǎng)問(wèn)題對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型為:

式(1)中u為電勢(shì)，ε0為真空介電常數(shù)，εr為材料相對(duì)介電常數(shù)。

場(chǎng)域中各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度

式(2)中E為電場(chǎng)強(qiáng)度。

4 252kV套管絕緣結(jié)構(gòu)優(yōu)化

高壓套管的絕緣性能主要取決于其內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)的良好設(shè)計(jì)。結(jié)合252kV高壓套管需要滿(mǎn)足的絕緣水平，采用有限元電場(chǎng)分析計(jì)算方法對(duì)其內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4.1 優(yōu)化前后電場(chǎng)分布對(duì)比

252kV高壓套管優(yōu)化前的電位等值云圖分布見(jiàn)圖2;優(yōu)化前后的局部電場(chǎng)強(qiáng)度等值云圖對(duì)比見(jiàn)圖3。

圖2 優(yōu)化前電位等值云圖分布

圖3 優(yōu)化前后局部電場(chǎng)強(qiáng)度等值云圖對(duì)比

4.2 結(jié)果分析

由圖3可知，優(yōu)化前，252kV套管屏蔽罩端部形狀為單R，其上電場(chǎng)強(qiáng)度最大值為27.32kV/cm;優(yōu)化其端部形狀為多R過(guò)渡后，其上電場(chǎng)強(qiáng)度最大值為23.92kV/cm，較原結(jié)構(gòu)降低12.5%。

252kV套管額定SF6充氣壓力為0.5MPa，最低功能充氣壓力為0.4MPa。根據(jù)［1］，在雷電沖擊耐受電壓作用下，其許用場(chǎng)強(qiáng)見(jiàn)表2。因此，優(yōu)化后的252kV套管絕緣性能滿(mǎn)足判據(jù)要求。

表2 SF6許用場(chǎng)強(qiáng)(單位:kV/mm)

5 屏蔽罩制造工藝介紹

屏蔽罩的設(shè)計(jì)形狀決定其絕緣性能。252kV套管優(yōu)化后的屏蔽罩端部多R結(jié)構(gòu)及其與原單R結(jié)構(gòu)的對(duì)比見(jiàn)圖4(實(shí)心部分為原單R結(jié)構(gòu)，單線部分為優(yōu)化后的多R結(jié)構(gòu))，材料為2mm的1060鋁材。

圖4 252kV屏蔽罩端部多R結(jié)構(gòu)

屏蔽罩的加工工藝通常采用壓力機(jī)模壓拉伸或旋壓機(jī)旋壓成型方法完成，兩種工藝均需要相應(yīng)的磨具。而旋壓工藝和模壓拉伸工藝相比，具有材料利用率高，所需模具簡(jiǎn)單易加工，生產(chǎn)效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。而且，旋壓工藝的零件精度高，外形更美觀。

252kV高壓套管的屏蔽罩采用鋁材1060，延展性好，采用旋壓工藝加工而成，外表面通過(guò)剖光處理，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

6 252kV高壓套管型式試驗(yàn)驗(yàn)證

優(yōu)化后的新型252kV套管在國(guó)家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(西安)進(jìn)行了工頻耐受電壓、操作沖擊耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓、無(wú)線電干擾等整套絕緣型式試驗(yàn)驗(yàn)證。

7 結(jié)論

(1)通過(guò)電場(chǎng)分析，優(yōu)化252kV高壓套管內(nèi)部屏蔽罩端部單R形狀為多R圓弧過(guò)渡結(jié)構(gòu)，優(yōu)化后屏蔽罩上的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值較原結(jié)構(gòu)降低12.5%。

(2)優(yōu)化后的252kV高壓套管在0.4 MPa SF6最低功能壓力下順利通過(guò)了整套絕緣型式試驗(yàn)，滿(mǎn)足相關(guān)的絕緣水平要求。

(3)多R圓滑過(guò)渡屏蔽罩制造方法可以采用較為先進(jìn)的旋壓工藝。

［1］黎斌.SF6高壓電器設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

Optimization of Insulation Structure of 252kV Bushing

HE Rong-tao1，YU Liang-qing2
(1.CEET XJ Group Corporation，Xiamen 361101，China;2.New Northeast Electric Group High Voltage Switchgear Co.，Ltd，Shenyang 110025，China)

220kV power grid is an important network in China.252kV GIS is the key equipment to ensure its safe and reliable service.High voltage bushing is an important component of GIS.Optimization of 252kV bushing is of great significance.The shape of shield is optimized from single-R to multi-R transition with finite element method.The electric field strength on the shield is reduced by 12.5%.The optimized 252kV high voltage bushing has successfully passed its dielectric type test.

high voltage bushing;insulation structure;optimization

TM21

B

1004－289X(2016)04－0055－03

2016－05－16

何榮濤(1971－)，男，主要從事智能設(shè)備研發(fā)及管理工作;余良清(1968－)，男，高級(jí)工程師，從事高壓開(kāi)差設(shè)備的研發(fā)及管理工作。