252kV分支母線防低溫液化研究

國網新疆檢修公司 張立成 楊利民

山東泰開高壓開關有限公司 宮瑞磊 解克佳

252kV分支母線防低溫液化研究

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對252kV分支母線結構提出改進設計，通過Ansys商用電場計算軟件對更改后的結構進行了電場計算分析。在0.3MPa充氣壓力下，改進后的分支母線結構，能夠耐受460kV/min的工頻電壓及1050kV的雷電沖擊電壓，各15次的正負極性試驗。通過本次改進，提高了252kV母線的絕緣裕度，并適合低溫地區應用。

分支母線；工頻耐壓；電場分布；雷電沖擊電壓

0 引言

國家經濟的快速發展，導致了電力需求的急劇增加，特別是城市用電需求的增加。快速增加的電力需求必將導致供電線路不能滿足用電要求，因此為滿足急需增加的電力需求，必須進行線路改造和新增新的供電線路。[1-2]

由于城市的用地緊張和土地價格昂貴，以及封閉式組合電器技術的國產化和其價格的下降，造成了城市用電線路改造過程中多使用絕緣可靠性較高的封閉式組合電器。

通過提高生產技術，優化產品結構及加工工藝等方法來降低成本，是企業得以生存的必然選擇。而且，通過更改結構設計，減少不必要加工環節以及減少冗余環節，也符合國家建設節約的精神。本文基于創新節約的發展精神，對封閉式組合電器用252kV分支母線結構，提出了更改。并通過Ansys商用電場計算軟件，對更改后的結構進行了電場計算分析，最后通過對樣機進行絕緣試驗，證實了改進的可靠性。

1 改進前后的母線結構

改進前用于252kV封閉式組合電器，且正式生產的分支母線的結構如圖1所示。分支母線的結構組成包括：屏蔽環、導體、外殼、屏蔽罩、梅花觸頭、觸頭座和屏蔽罩座等。

改進后的結構如圖2所示。從圖1和圖2比較可以看出，主要做了以下的改動：

①將1-屏蔽環改成旋壓屏蔽罩；②將4-屏蔽罩改成旋壓屏蔽罩；③將4-屏蔽罩直接固定在6-觸頭座上；④改進了6-觸頭座的外形；⑤去除了7-屏蔽罩座。

圖1 252kV分支母線的原結構圖

通過比較可以發現，改進后的結構，減少了一個接觸面（因去除了7-屏蔽罩座），而根據設計及實際測量回路電阻的經驗，能夠確定減少一個接觸面后，能夠有效的降低回路電阻，有利于通流。

2 電場計算分析對比

在高壓電器領域，為驗證所設計結構是否符合電場分布的要求，多采用有限元法[3-5]。Ansys、Ansoft及IES等電場計算商用軟件常被采用，由于相關的參考書籍中對各種軟件的優缺點做過介紹，此處對各種軟件不做介紹。在此結構設計中，采用了較熟悉的Ansys軟件進行計算分析[6-7]。

對252kV分支母線原有結構進行電場分析時，取如下邊界條件：母線外殼施加0kV電壓，導體處施加1050kV電壓，其余為二類齊次邊界條件。計算分析結果如圖3所示。

圖2 252kV分支母線改進后的結構圖

圖3 252kV分支母線原有結構的電場分析圖

圖4 252kV分支母線改進結構后的電場計算分析圖

表1 252kV母線各處場強計算值及表計氣壓0.35MPa時各處的許用場強（kV/mm）

對改進后結構進行電場分析時，與原分支母線取相同邊界條件，圖4為其電場計算分析圖。表1所述是252kV分支母線結構改進前后的電場計算結果，其中設計基準值采用了文獻[5-7]中的相關數據。

目前，252kV封閉式組合電器用分支母線額定充氣壓力為0.4MPa（表計），報警壓力為0.35MPa（表計）[8-14]。對應的參考許用場強值約分別為：28.8kV/mm和26.2kV/mm[15-17]。

結構更改前屏蔽環外表面處的最大場強為28.2kV/mm，結構更改后屏蔽罩處的最大場強為22.4kV/mm。由以上分析可知：結構更改后不僅省去了屏蔽罩座，且電場分布更加均勻。

圖5 正極性雷電沖擊電壓波形

圖6 負極性雷電沖擊電壓波形

3 驗證試驗

對結構更改后的分支母線充0.3MPa（表計） SF6氣體進行工頻耐壓及雷電沖擊試驗驗證，工頻耐壓試驗電壓為460kV/min，雷電沖擊電壓峰值為1050kV，根據標準[18-20]進行了正負極性各15次以上的試驗，沒有出現任何閃絡。圖5為正極性雷電沖擊電壓波形，圖6為負極性雷電沖擊電壓波形，圖7為252kV分支母線工頻耐壓和雷電沖擊試驗時采用的工裝結構圖。

圖7 252kV分支母線的耐壓工裝

更改后的結構相比原結構加工成本更低，且絕緣試驗的驗證是在0.3MPa（表計）氣壓下進行的，因此可取母線的充氣壓力為額定的0.35MPa。僅該項，每年可節約大量SF6氣體，且有利于保護大氣環境，更適合低溫環境的應用。

4 結論

本文對252kV分支母線進行了結構上的改進，同時利用Ansys軟件對新結構進行了電場計算分析。與之前結構相比，減少了電接觸面，使得接觸電阻大大降低，母線結構改進后的電場分布較之以前更加均勻，導電回路的通流能力顯著提高，絕緣裕度更大，且較低的SF6充氣壓力更適合于高寒地區。

通過絕緣試驗進行驗證表明，結構更改后的電場分布各項參數較之以前均有明顯提高，對深入進行分支母線防低溫液化研究具有指導意義。

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