12kV固體絕緣環網柜局部放電及其結構設計研究

王懷平 陳盧明

摘要：本文圍繞12kV固體絕緣網柜局部放電議題進行了分析論述。文章首先對絕緣筒套管末端電場情況進行了分析，發現絕緣筒進線套管末端電場集中，有局部放電和沿線擊穿的危險。因此對絕緣筒進行了結構改造，增加了接地絕緣環和屏蔽網，再次進行了模擬仿真試驗。結果表明，當對絕緣筒套管采用了屏蔽措施后，絕緣筒周圍電場分布更加均勻，有效提高了固體絕緣環網柜絕緣性能，對電力設備運行的安全性和可靠性有積極的現實意義。

關鍵詞：固體絕緣環網;局部放電

1引言

在電力行業中，固體絕緣環網柜是應用十分普遍的設備，在其運行過程中，因局部放電導致的安全事故發生頻率高居不下，不僅直接影響到電力生產的安全性，而且也會引發設備材料或部件的老化損耗，縮減設備壽命，為此，針對固體絕緣環網柜局部放電議題進行研究是十分重要且必要的。本文以12kV固體絕緣環網柜為研究對象，分析并探討可行的改進設計方案。

2三維電場數學模型

由于固體絕緣筒電場大多符合靜態電場模型，因此在數學模型中可按照此模型來進行計算，電場電位計算公式如下：

上式中，φ代表域中求解點位，ρ代表電荷密度，ε代表介電常數，n為法向向量。

根據拉普拉斯方程，絕緣筒靜電場邊值變分即泛函極值的求解。

上式中，ψ代表積分空間，l代表積分路徑。

上式中，K代表系數矩陣，給定邊界條件時，可以通過此系數矩陣來求解得到場域節點上的點位值，最終求解得到絕緣筒的電場強度。

3固體絕緣筒電場數值

分析模型是在靜電場中，因此銅的介電常數取1，陶瓷的介電常數取5.7，環氧樹脂的介電常數取4，空氣的介電常數取1.0006，真空的介電常數取1。絕緣筒表面噴鋅，厚度為0.2毫米，絕緣筒外殼模擬電位為零，實現絕緣筒表面接地的效果。模擬仿真后絕緣套管末端電場分布情況如圖1所示。圖中A區域為電場為3.5kV/mm，是電場集中的區域，絕緣套管電場分布不均勻，極容易發生局部放電。

4固體絕緣筒結構改進后的電場數值

針對局部放電的問題，對固體絕緣筒結構進行如下改進，見圖2。其中接地屏蔽環采用金屬材料，厚度為0.5毫米。

絕緣管結構改進后進行絕緣套管末端電場的模擬仿真，結果見圖3。相對于最初的絕緣管末端電場分布圖，改進后的電場分布有顯著差異，電場分布不再集中在套管末端，而是表現為電場右移且階梯下降的趨勢。在屏蔽環的影響下，絕緣管末端電場分布更均勻。

此外，由于隔離開關采用刀閘式結構，不均勻電場主要集中在隔離刀側邊尖端區域，對此，采用了如下改進措施：一方面，將隔離刀閘側邊的尖角進行導圓角處理;另一方面，用特殊絕緣材料的屏蔽帽來解決局部電場集中的問題，屏蔽帽外部為硅膠絕緣材質，內表面為半導體材質。

5試驗結果驗證

對絕緣筒進行環氧樹脂澆注，然后利用X射線進行局部放電檢測，結構優化前和優化后的熄滅電壓出現明顯差異，增加屏蔽環后的絕緣筒熄滅電壓明顯升高，增大開關空氣間隙并設置硅膠絕緣屏蔽帽后，開關局部電壓集中的情況明顯改善，電場分布更均勻，實際驗證與模擬仿真的結果吻合，表明絕緣環網柜結構優化方案是可行性。

6結語

對絕緣環網柜的絕緣筒進行結構改造，通過采用增加接地絕緣環和屏蔽網的措施，可以使絕緣筒周圍電場分布更均勻，有效提高了固體絕緣環網柜絕緣性能，對電力設備運行的安全性和可靠性有積極的現實意義，值得借鑒和推廣。

參考文獻

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