800kV盆式絕緣子絕緣性能及機械性能分析

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800kV盆式絕緣子絕緣性能及機械性能分析摘要：盆式絕緣子是ＧＩＳ的重要組成元件，本文通過有限元分析方法，對８００ＫＶ盆式絕緣子絕緣性能和機械性能進行分析計算，計算結(jié)果表明其具有良好絕緣性能，并通過型式試驗驗證了這一結(jié)論關鍵詞：絕緣，機械性能1.前言氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS ）是本世紀 60 年代出現(xiàn)的電器裝置，由于其具有占地面積小，運行不受外界不利環(huán)境的影響，安裝周期短，檢修周期長等優(yōu)點，它的發(fā)展已經(jīng)越來越受到國內(nèi)外電力部門的重視[1]。盆式絕緣子是 GIS 的重要組成元件，具有隔離氣室，支撐導體等作用。盆式絕緣子的設計要通過對沿面形狀的優(yōu)化來滿足其絕緣性能和機械性能的要求。本文運用有限元分析方法，對 800kV 盆式絕緣子絕緣性能及機械性能進行了詳細地分析計算。2.800kV 盆式絕緣子絕緣性能分析GIS 系統(tǒng)中通常使用由環(huán)氧或澆注樹脂構(gòu)成的絕緣子，沿絕緣子表面的擊穿電壓通常比高壓氣體中的低，因此，盆式絕緣子需要通過優(yōu)化設計來實現(xiàn)沿面電場分布的均勻性。式中 K 為總剛度矩陣； φ 為節(jié)點電位矩陣。考慮到絕緣子長期運行電壓為工頻耐受電壓，因此，計算時高電位側(cè)計算電壓取工頻耐受電壓峰值 kV。2.2SF6 氣體間隙及沿面絕緣的工程擊穿場強基準值。SF6 電器設備中主要為稍不均勻電場，當間隙內(nèi)最大場強達到某一擊穿場強 Ebt時，間隙即被擊穿，類似地，當 SF6 沿面絕緣結(jié)構(gòu)中最大場強達到某一數(shù)值 Eft 時發(fā)生沿面閃絡[2] 。800kV 母線用盆式絕緣子額定壓力為 0.36MPa，綜合很多試驗數(shù)據(jù)得出該壓力工頻電壓下 SF6 氣體間隙及沿面絕緣的工程擊穿場強基準值見表 1 所示。2.3800kV 盆式絕緣子絕緣性能計算結(jié)果。800kV 盆式絕緣子結(jié)構(gòu)最大電場強度值為 157.4kV/cm，出現(xiàn)在盆式絕緣子凹側(cè)沿面對應的屏蔽罩上，小于場強基準值 198kV/cm。盆子凸側(cè)沿面電場強度最大值為 104.5kV/cm，凹側(cè)沿面電場強度最大值為 94.73kV/cm，均小于 119.5kV/cm。因此，800kV 盆式絕緣子滿足其絕緣性能的要求。2.4 絕緣性能型式試驗驗證。800kV 盆式絕緣子在機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心（沈陽）順利通過了標準要求的相應的絕緣型式試驗（包括 1 分鐘工頻耐受電壓試驗、操作沖擊耐受電壓試驗及雷電沖擊耐受電壓試驗等項目） 。800kV 盆式絕緣子絕緣型式試驗的順利通過，進一步驗證了其絕緣性能的可靠性。3.800kV 盆式絕緣子機械性能分析800kV 盆式絕緣子由金屬嵌件（鋁材） 、環(huán)氧樹脂及金屬法蘭環(huán)（鋁材）所組成，其在實際安裝、運行及維修中有三種承受氣壓的方式：分別為凸面受壓、凹面受壓和雙面受壓。本文對較為苛刻的凸面受壓和凹面受壓兩種受壓方式進行分析計算。3.1 計算模型及材料性能。800kV 盆式絕緣子機械性能分析模型計算時涉及到鋁材和環(huán)氧樹脂兩種材料，其彈性模量和泊松比見表2 所示。3.2 計算結(jié)果。800kV 盆式絕緣子要求盆子凸沿面及凹沿面均能承受 2.4MPa 以上的壓力，因此計算時在盆式絕緣子凸面和凹面分別施加 2.4MPa 的壓力負荷，在盆子外邊緣施加約束。用 ANSYS 分析軟件計算應力分布，在集中力及約束處極易產(chǎn)生應力奇異，本文計算模型中沒涉及到集中力，但有約束位置，所以存在應力奇異點。凸面受壓時，最大應力為 41.425MPa；凹面受壓時，最大應力為52.728MPa，均小于環(huán)氧樹脂的許用強度 65MPa，所以 800kV 盆式絕緣子的機械性能安全可靠，并具有一定的裕度。3.3 機械性能型式試驗驗證。800kV 盆式絕緣子在機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心（沈陽）順利通過了水壓爆破試驗，破壞壓力大于 2.4MPa。4.結(jié)論⑴對 800kV 盆式絕緣子在工頻耐受電壓下絕緣性能進行了分析計算，從計算結(jié)果可以看出，盆子凸側(cè)沿面電場強度最大值為104.5kV/cm，凹側(cè)沿面電場強度最大值為 94.73kV/cm，均小于場強基準值 198kV/cm，并具有較大的安全裕度。⑵對 800kV 盆式絕緣子在 2.4MPa 壓力下機械性能進行了分析計算，從計算結(jié)果可以看出，凸面受壓時，最大應力為 41.425MPa；凹面受壓時，最大應力為52.728MPa，均小于環(huán)氧樹脂的許用強度 65MPa，并具有一定的安全裕度。⑶800kV 盆式絕緣子在機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心（沈陽）順利通過絕緣試驗及水壓試驗，驗證了其絕緣性能及機械性能的可靠性。參考文獻：１.邱毓昌，ＧＩＳ裝置及其絕緣技術(shù)