800kV瓷套管小型化设计

800kV瓷套管小型化设计

王志强黄潍

新东北电气集团高压开关有限公司检修分公司沈阳110025

摘要：高压绝缘套管是气体金属封闭开关设备重要元件，其绝缘性能是GIS安全运行保证。本文以800kVGIS的瓷套管为研究对象，在满足技术要求及工程实际前提下通过对套管绝缘性能分析，优化套管内电极、内屏蔽及外屏蔽环使结构小型化，降低其成本，并有一定的绝缘裕度，最后通过绝缘试验，开发出小型化瓷套管；

关键词：绝缘；瓷套管；小型化；结构优化

0引言

电力系统的发展要求电力设备具有更小的结构，节约用地成本，而高压套管结构大小对节约用地起着重要作用。因此套管小型化具有重大意义。

1小型化套管结构

本套管在原结构基础上小型化，内径由原结构Φ720mm减小至Φ609mm，高度为8米，与原结构比较见表1，优化结构见图1。

表1与原瓷套的结构比较

图1套管屏蔽位置关系

2800kV瓷套管电场分析计算

1）边界条件：

电位赋值：中心导体及上屏蔽2100kV；接地屏蔽、外壳、法兰及地平面赋0电位；中间屏蔽赋等电位变量[1-3]；其余边界不赋值。

2）介质的相对介电常数如下：

空气：1；SF6气体：1.0027；环氧树脂：4.95；电瓷：6.0。

3）计算模型：

ANSYS计算时剖分选项SmartSize取2并在关键曲线上3倍加密。瓷套内径Φ609mm、忽略伞裙；中间屏蔽筒高2600mm；接地屏蔽筒高700mm；空气截断边界范围25000mm×15000mm，如图2所示；

图2计算模型简图

4）电场强度判据

表2套管外绝缘电场强度判据

表3套管内绝缘电场强度判据

5）计算结果及分析

雷电冲击电压冲击系数高，因此加载雷电冲击电压计算是否满足绝缘特性的要求，其计算结果如图3至图12所示。

图3电位分布图4电场分布

电场强度最大值位置中间屏蔽内部，数值：19.846kV/mm

图5中间电位屏蔽和接地屏蔽附近的电场分布

图6瓷套外壁的电场分布

瓷套外壁电场强度最大值1.8kV/mm，小于判据2.5kV/mm

图7瓷套外壁的最大场强的局部视图

最大场强位置接地屏蔽翻边处，数值4.89kV/mm，小于判据6kV/mm

图8瓷套内壁的电场分布

图9支撑绝缘件沿面的电场分布

图10支撑绝缘件内部的电场分布

图11屏蔽环电场强度分布

图12下法兰附件的电场分布

以上计算结果可知，其计算结果

表4导体的最大场强（图5）

表5瓷套外壁计算结果（图6和图7）

表6瓷套内壁计算结果（图8）

表7支撑绝缘件计算结果（图9和图10）

表8外屏蔽环计算结果（图11）

表9下法兰计算结果（图12）

计算结果表明，经过重新设计并优化中间电位屏蔽、接地屏蔽、接地法兰和上屏蔽环后，套管内绝缘能承受峰值2100kV雷电冲击电压，设计裕度超过10%。外绝缘满足2000米海拔的要求，瓷件和绝缘件内外表面场强小于其沿面临界放电强度，其余部位也有相当的设计裕度，满足设计要求。

3800kV瓷套管绝缘试验

为验证800kV瓷套管绝缘特性的合理性，需对套管进行内绝缘和外绝缘试验验证，满足海拔2000米的绝缘参数要求。

1）试验项目

验证瓷套管外绝缘及内绝缘的绝缘特性，其试验项目如表10和表11所示。

表10瓷套管内绝缘试验项目

试验项目施加电压/kV试验方式通过判据

工频耐压9601min未放电

雷电冲击耐压2100正负极性各15次放电不超过两次

操作冲击耐压（干试）1550正负极性各15次放电不超过两次

表11瓷套管外绝缘试验项目（试验电压修正至2000米）

试验项目施加电压/kV试验方式通过判据

工频耐压10851min未放电

雷电冲击耐压2374正负极性各15次放电不超过两次

操作冲击耐压（干试）1705正负极性各15次放电不超过两次

操作冲击耐压（湿试）1705正负极性各15次放电不超过两次

2）绝缘试验

瓷套管绝缘按照试验项目进行试验验证，瓷套管内绝缘特性满足标准要求，外绝缘满足海拔2000米的绝缘特性要求，通过绝缘试验，此小型化的瓷套管可以在工程中应用。其试验状态图13所示。

图13绝缘试验状态图

参考文献：

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[3]崔翔.应用有限元方法计算含有电位悬浮导体的电场分布[J].华北电力学院学报，1995，22（2）：1-7.