252kV高壓套管絕緣結構優(yōu)化設計

何榮濤，余良清

(1.中電裝備許繼集團有限公司，廈門361101;2.新東北電氣集團高壓開關有限公司，遼寧沈陽110025)

252kV高壓套管絕緣結構優(yōu)化設計

何榮濤1，余良清2

(1.中電裝備許繼集團有限公司，廈門361101;2.新東北電氣集團高壓開關有限公司，遼寧沈陽110025)

220kV電網(wǎng)是我國的重要網(wǎng)架，252kV高壓GIS設備是保證其安全可靠運行的關鍵設備。高壓套管是GIS的重要組成部分。優(yōu)化設計252kV高壓套管，對于保證252kV GIS安全可靠運行具有重要意義。采用有限元電場分析計算方法優(yōu)化設計252kV高壓套管的絕緣結構，優(yōu)化其屏蔽罩端部單R形狀為多R圓弧過渡，優(yōu)化后其上電場強度降低12.5%，優(yōu)化后的252kV高壓套管順利通過了整套絕緣型式試驗。

高壓套管;絕緣結構;優(yōu)化設計

1 引言

電力工業(yè)是一個國家經(jīng)濟發(fā)展的命脈。隨著我國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，對電網(wǎng)建設也提出了更高的要求。220kV電網(wǎng)是我國電能輸送的重要網(wǎng)架。252kV高壓開關設備是保證220kV電網(wǎng)安全可靠運行的關鍵設備。

252kV高壓套管是252kV GIS的重要組成部分，其主要功能是將高電壓、大電流引入或引出GIS，需要具備相應的絕緣耐受能力。高壓套管的絕緣性能與其屏蔽結構密切相關。應用有限元分析計算方法對252kV套管(見圖1)的屏蔽結構進行了優(yōu)化設計，優(yōu)化其端部單R形狀為多R圓弧過渡;介紹了多R圓弧過渡屏蔽罩的制造工藝。優(yōu)化后的252kV套管順利通過了整套絕緣型式試驗。

圖1 252kV BG典型絕緣結構

2 252kV高壓套管絕緣水平要求

根據(jù)GB/T 11022－2011《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》，252kV高壓套管需要滿足的絕緣耐受水平等主要技術參數(shù)見表1。

表1 252kV高壓套管主要技術參數(shù)

3 數(shù)學模型

絕緣結構的優(yōu)化設計基于電場分布的計算分析。目前，復雜絕緣結構電場分布的計算主要采用有限元數(shù)值分析計算方法。

252kV高壓套管屬于典型的軸對稱結構，將其軸截面的一半作為分析對象，與該電場問題對應的數(shù)學模型為:

式(1)中u為電勢，ε0為真空介電常數(shù)，εr為材料相對介電常數(shù)。

場域中各點的電場強度

式(2)中E為電場強度。

4 252kV套管絕緣結構優(yōu)化

高壓套管的絕緣性能主要取決于其內(nèi)部屏蔽結構的良好設計。結合252kV高壓套管需要滿足的絕緣水平，采用有限元電場分析計算方法對其內(nèi)部屏蔽結構進行優(yōu)化設計。

4.1 優(yōu)化前后電場分布對比

252kV高壓套管優(yōu)化前的電位等值云圖分布見圖2;優(yōu)化前后的局部電場強度等值云圖對比見圖3。

圖2 優(yōu)化前電位等值云圖分布

圖3 優(yōu)化前后局部電場強度等值云圖對比

4.2 結果分析

由圖3可知，優(yōu)化前，252kV套管屏蔽罩端部形狀為單R，其上電場強度最大值為27.32kV/cm;優(yōu)化其端部形狀為多R過渡后，其上電場強度最大值為23.92kV/cm，較原結構降低12.5%。

252kV套管額定SF6充氣壓力為0.5MPa，最低功能充氣壓力為0.4MPa。根據(jù)［1］，在雷電沖擊耐受電壓作用下，其許用場強見表2。因此，優(yōu)化后的252kV套管絕緣性能滿足判據(jù)要求。

表2 SF6許用場強(單位:kV/mm)

5 屏蔽罩制造工藝介紹

屏蔽罩的設計形狀決定其絕緣性能。252kV套管優(yōu)化后的屏蔽罩端部多R結構及其與原單R結構的對比見圖4(實心部分為原單R結構，單線部分為優(yōu)化后的多R結構)，材料為2mm的1060鋁材。

圖4 252kV屏蔽罩端部多R結構

屏蔽罩的加工工藝通常采用壓力機模壓拉伸或旋壓機旋壓成型方法完成，兩種工藝均需要相應的磨具。而旋壓工藝和模壓拉伸工藝相比，具有材料利用率高，所需模具簡單易加工，生產(chǎn)效率高，成本低等優(yōu)點。而且，旋壓工藝的零件精度高，外形更美觀。

252kV高壓套管的屏蔽罩采用鋁材1060，延展性好，采用旋壓工藝加工而成，外表面通過剖光處理，能夠滿足設計要求。

6 252kV高壓套管型式試驗驗證

優(yōu)化后的新型252kV套管在國家高壓電器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(西安)進行了工頻耐受電壓、操作沖擊耐受電壓、雷電沖擊耐受電壓、無線電干擾等整套絕緣型式試驗驗證。

7 結論

(1)通過電場分析，優(yōu)化252kV高壓套管內(nèi)部屏蔽罩端部單R形狀為多R圓弧過渡結構，優(yōu)化后屏蔽罩上的電場強度最大值較原結構降低12.5%。

(2)優(yōu)化后的252kV高壓套管在0.4 MPa SF6最低功能壓力下順利通過了整套絕緣型式試驗，滿足相關的絕緣水平要求。

(3)多R圓滑過渡屏蔽罩制造方法可以采用較為先進的旋壓工藝。

［1］黎斌.SF6高壓電器設計［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003.

Optimization of Insulation Structure of 252kV Bushing

HE Rong-tao1，YU Liang-qing2
(1.CEET XJ Group Corporation，Xiamen 361101，China;2.New Northeast Electric Group High Voltage Switchgear Co.，Ltd，Shenyang 110025，China)

220kV power grid is an important network in China.252kV GIS is the key equipment to ensure its safe and reliable service.High voltage bushing is an important component of GIS.Optimization of 252kV bushing is of great significance.The shape of shield is optimized from single-R to multi-R transition with finite element method.The electric field strength on the shield is reduced by 12.5%.The optimized 252kV high voltage bushing has successfully passed its dielectric type test.

high voltage bushing;insulation structure;optimization

TM21

B

1004－289X(2016)04－0055－03

2016－05－16

何榮濤(1971－)，男，主要從事智能設備研發(fā)及管理工作;余良清(1968－)，男，高級工程師，從事高壓開差設備的研發(fā)及管理工作。