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800kV GIS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
2 800kV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Smart Size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2.5 kV/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4.89 kV/mm，小于判据6 kV/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。
3 800kV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.
论文作者:王志强,黄潍
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/12
标签：套管论文; 电场论文; 屏蔽论文; 判据论文; 耐压论文; 电位论文; 极性论文; 《基层建设》2018年第22期论文;