工频电压对SF6气体全封闭组合电器隔离开关的影响研究

左明鑫 王忠利

摘 要：结合SF6气体全封闭组合电器隔离开关气室的实际结构，建立计算结构示意图，并进行剖分，利用有限元法计算隔离开关在工频电压作用下的电场特性，通过计算动触头行程为18mm、90mm和162mm时隔离开关断口处的电位分布，认为动触头和静触头屏蔽罩处是隔离开关绝缘最为薄弱的环节之一，该处的电场分布情况应该重点分析，从而绘制出动触头沿面和静触头屏蔽罩沿面的场强分布曲线，分析出在局部位置出现的电场强度最大值，为绝缘性能分析提供参考。

关键词：工频电压 GIS 隔离开关 电场

中图分类号：TM59 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（a）-0009-02

GIS（Gas Insulated Switch-gear，简称GIS，我国称之为SF6气体全封闭组合电器）中的隔离开关有进行换接线路和保障检修人员及设备安全的作用[1]，隔离开关气室的绝缘与材料自身的绝缘性能有关，同时还与绝缘结构的电场、电位分布有密切关系[2]，随着电压等级的提高，必然会对隔离开关气室的绝缘造成威胁，因此，研究GIS隔离开关的电场分布具有重要的实际意义。

本研究根据有限元方法，计算500kV GIS隔离开关动触头的行程分别为18mm、90mm和162mm时隔离开关断口处在工频电压作用下的电位分布，并且绘制了各行程时动触头和静触头屏蔽罩沿面的场强分布，讨论了电场特性。

1 计算结构

500kV GIS隔离开关断口处可以简化为二维轴对称场，满足拉普拉斯场，边值问题为[3]：

利用有限元法分析在工频电压作用下GIS隔离开关断口处的电位分布，隔离开关气室的实际结构如图1所示。

隔离开关断口处的计算结构示意图如图2所示，计算区域包括SF6气体、动触头、静触头和屏蔽罩等，该区域剖分示意图如图3所示。

2 计算结果

2.1 不同行程时电位分布

由于隔离开关断口处电位分布与动、静触头间的距离有关，所以需要分析在动触头行程过程中的变化情况，下面分别计算动触头行程为18mm、90mm和162mm时在工频电压作用下的情况。

从图4～图6可以看出靠近动触头和静触头屏蔽罩处的电位分布最为密集，电场强度最大值发生在这两个位置之一，该区域是隔离开关绝缘最为薄弱的环节之一，动触头和静触头屏蔽罩沿面的场强分布情况应该重点分析。

2.2 动触头、静触头屏蔽罩沿面场强分布

动触头和静触头屏蔽罩沿面的电场强度在各行程时的分布情况如下：

为了便于观察，把图7～图12各行程时动触头和静触头屏蔽罩沿面的电场强度最大值列于表1中，从表1中可以看出，在行程为18mm时动触头沿面和静触头屏蔽罩沿面的电场强度最大值分别高达30.9kV/mm和27.8kV/mm，在行程为162mm时动触头沿面和静触头屏蔽罩沿面的电场强度最大值也分别达到7.82kV/mm和8.59kV/mm，可见动触头沿面和静触头屏蔽罩沿面的局部位置出现了绝缘薄弱环节，在绝缘性能分析时应引起足够重视。

3 结论

（1）根据500kV GIS隔离开关气室的实际结构，建立隔离开关断口处的有限元模型，并对其进行剖分。

（2）根据实际情况，分别计算了动触头行程分别为18mm、90mm和162mm时断口处的电位分布，认为动触头和静触头屏蔽罩沿面的电场分布情况应该重点分析。

（3）分析了动触头和静触头屏蔽罩沿面的电场强度分布情况，得出动触头和静触头屏蔽罩沿面的局部位置出现了绝缘的薄弱环节。

参考文献

[1] 林莘.现代高压电器技术[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 高有华.雷电冲击和快速暂态过电压对GIS及相连设备影响的研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2004：23.

[3] 胡之光.电机电磁场的分析与计算[M]. 北京：机械工业出版社，1982.