800kV盆式絕緣子絕緣性能及機(jī)械性能分析

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800kV盆式絕緣子絕緣性能及機(jī)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(guò)有限元分析方法，對(duì)８００ＫＶ盆式絕緣子絕緣性能和機(jī)械性能進(jìn)行分析計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明其具有良好絕緣性能，并通過(guò)型式試驗(yàn)驗(yàn)證了這一結(jié)論關(guān)鍵詞：絕緣，機(jī)械性能1.前言氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS ）是本世紀(jì) 60 年代出現(xiàn)的電器裝置，由于其具有占地面積小，運(yùn)行不受外界不利環(huán)境的影響，安裝周期短，檢修周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，它的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外電力部門(mén)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(dǎo)體等作用。盆式絕緣子的設(shè)計(jì)要通過(guò)對(duì)沿面形狀的優(yōu)化來(lái)滿足其絕緣性能和機(jī)械性能的要求。本文運(yùn)用有限元分析方法，對(duì) 800kV 盆式絕緣子絕緣性能及機(jī)械性能進(jìn)行了詳細(xì)地分析計(jì)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(shù)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(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)沿面電場(chǎng)分布的均勻性。式中 K 為總剛度矩陣； φ 為節(jié)點(diǎn)電位矩陣?？紤]到絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行電壓為工頻耐受電壓，因此，計(jì)算時(shí)高電位側(cè)計(jì)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(chǎng)強(qiáng)基準(zhǔn)值。SF6 電器設(shè)備中主要為稍不均勻電場(chǎng)，當(dāng)間隙內(nèi)最大場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到某一擊穿場(chǎng)強(qiáng) Ebt時(shí)，間隙即被擊穿，類似地，當(dāng) SF6 沿面絕緣結(jié)構(gòu)中最大場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到某一數(shù)值 Eft 時(shí)發(fā)生沿面閃絡(luò)[2] 。800kV 母線用盆式絕緣子額定壓力為 0.36MPa，綜合很多試驗(yàn)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(chǎng)強(qiáng)基準(zhǔn)值見(jiàn)表 1 所示。2.3800kV 盆式絕緣子絕緣性能計(jì)算結(jié)果。800kV 盆式絕緣子結(jié)構(gòu)最大電場(chǎng)強(qiáng)度值為 157.4kV/cm，出現(xiàn)在盆式絕緣子凹側(cè)沿面對(duì)應(yīng)的屏蔽罩上，小于場(chǎng)強(qiáng)基準(zhǔn)值 198kV/cm。盆子凸側(cè)沿面電場(chǎng)強(qiáng)度最大值為 104.5kV/cm，凹側(cè)沿面電場(chǎng)強(qiáng)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(yàn)驗(yàn)證。800kV 盆式絕緣子在機(jī)械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心（沈陽(yáng)）順利通過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)要求的相應(yīng)的絕緣型式試驗(yàn)（包括 1 分鐘工頻耐受電壓試驗(yàn)、操作沖擊耐受電壓試驗(yàn)及雷電沖擊耐受電壓試驗(yàn)等項(xiàng)目） 。800kV 盆式絕緣子絕緣型式試驗(yàn)的順利通過(guò)，進(jìn)一步驗(yàn)證了其絕緣性能的可靠性。3.800kV 盆式絕緣子機(jī)械性能分析800kV 盆式絕緣子由金屬嵌件（鋁材） 、環(huán)氧樹(shù)脂及金屬法蘭環(huán)（鋁材）所組成，其在實(shí)際安裝、運(yùn)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(duì)較為苛刻的凸面受壓和凹面受壓兩種受壓方式進(jìn)行分析計(jì)算。3.1 計(jì)算模型及材料性能。800kV 盆式絕緣子機(jī)械性能分析模型計(jì)算時(shí)涉及到鋁材和環(huán)氧樹(shù)脂兩種材料，其彈性模量和泊松比見(jiàn)表2 所示。3.2 計(jì)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(jì)算時(shí)在盆式絕緣子凸面和凹面分別施加 2.4MPa 的壓力負(fù)荷，在盆子外邊緣施加約束。用 ANSYS 分析軟件計(jì)算應(yīng)力分布，在集中力及約束處極易產(chǎn)生應(yīng)力奇異，本文計(jì)算模型中沒(méi)涉及到集中力，但有約束位置，所以存在應(yīng)力奇異點(diǎn)。凸面受壓時(shí)，最大應(yīng)力為 41.425MPa；凹面受壓時(shí)，最大應(yīng)力為52.728MPa，均小于環(huán)氧樹(shù)脂的許用強(qiáng)度 65MPa，所以 800kV 盆式絕緣子的機(jī)械性能安全可靠，并具有一定的裕度。3.3 機(jī)械性能型式試驗(yàn)驗(yàn)證。800kV 盆式絕緣子在機(jī)械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心（沈陽(yáng)）順利通過(guò)了水壓爆破試驗(yàn)，破壞壓力大于 2.4MPa。4.結(jié)論⑴對(duì) 800kV 盆式絕緣子在工頻耐受電壓下絕緣性能進(jìn)行了分析計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果可以看出，盆子凸側(cè)沿面電場(chǎng)強(qiáng)度最大值為104.5kV/cm，凹側(cè)沿面電場(chǎng)強(qiáng)度最大值為 94.73kV/cm，均小于場(chǎng)強(qiáng)基準(zhǔn)值 198kV/cm，并具有較大的安全裕度。⑵對(duì) 800kV 盆式絕緣子在 2.4MPa 壓力下機(jī)械性能進(jìn)行了分析計(jì)算，從計(jì)算結(jié)果可以看出，凸面受壓時(shí)，最大應(yīng)力為 41.425MPa；凹面受壓時(shí)，最大應(yīng)力為52.728MPa，均小于環(huán)氧樹(shù)脂的許用強(qiáng)度 65MPa，并具有一定的安全裕度。⑶800kV 盆式絕緣子在機(jī)械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心（沈陽(yáng)）順利通過(guò)絕緣試驗(yàn)及水壓試驗(yàn)，驗(yàn)證了其絕緣性能及機(jī)械性能的可靠性。參考文獻(xiàn)：１.邱毓昌，ＧＩＳ裝置及其絕緣技術(shù)