220kV GIS盆式絕緣子電場分布優化

王澤華，張 崢，吳紹卿，蘭 宇，趙建昊，賀 春，何 金

（1.國網天津市電力公司城南供電分公司，天津 300201；2.國網天津市電力公司薊州公司供電分公司，天津 301900；3.國網天津市電力公司電力科學研究院，天津 300384）

0 引言

氣體絕緣金屬封閉開關（Gas Insulated Metal?Enclosed Switchgear，GIS）因其絕緣性能好、占地面積小等優點，在國內外各電壓等級的變電站中得到了廣泛應用[1-2]。由環氧樹脂澆注而成的盆式絕緣子是GIS核心部件，起電氣絕緣、機械支撐和氣室隔離等作用。由于絕緣子氣固界面電場分布不均勻，沿面閃絡故障頻發，對高壓氣體絕緣設備甚至電力系統的安全穩定運行造成嚴重威脅[3-8]。因此，開展絕緣子沿面電場調控方法的研究對提高GIS設備的運行可靠性、改善設備的結構性能具有重要意義。

在實際工業應用中，主要通過結構優化的策略來抑制GIS盆式絕緣子沿面電場畸變，具體措施包括優化絕緣子形狀、增設屏蔽罩以及增大嵌件曲率半徑等[9-10]。這些方法雖然在一定程度上可以緩和三結合點處的局部高電場強度，改善絕緣子的沿面電場分布，但是調控效果有限，且復雜的電極結構和附加的均壓元件會增加設備制造的復雜性、困難度及成本。

近年來，采用介電功能梯度材料（Functionally Graded Material，FGM）調控絕緣子電場分布已成為研究熱點。自1998年，日本學者Watanabe等人將FGM概念引入電氣領域，國內外學者相繼利用迭代算法、粒子群算法和拓撲優化算法等對絕緣子的介電參數空間分布進行優化，開發出疊層、離心、3D打印和柔性澆注等方法用于制備功能梯度絕緣子，通過仿真與試驗證明了FGM絕緣子的電場均勻效果和閃絡抑制能力[11-15]。……