252kV高压套管绝缘结构优化设计

何荣涛，余良清

(1.中电装备许继集团有限公司，厦门361101;2.新东北电气集团高压开关有限公司，辽宁沈阳110025)

252kV高压套管绝缘结构优化设计

何荣涛1，余良清2

(1.中电装备许继集团有限公司，厦门361101;2.新东北电气集团高压开关有限公司，辽宁沈阳110025)

220kV电网是我国的重要网架，252kV高压GIS设备是保证其安全可靠运行的关键设备。高压套管是GIS的重要组成部分。优化设计252kV高压套管，对于保证252kV GIS安全可靠运行具有重要意义。采用有限元电场分析计算方法优化设计252kV高压套管的绝缘结构，优化其屏蔽罩端部单R形状为多R圆弧过渡，优化后其上电场强度降低12.5%，优化后的252kV高压套管顺利通过了整套绝缘型式试验。

高压套管;绝缘结构;优化设计

1 引言

电力工业是一个国家经济发展的命脉。随着我国经济建设的蓬勃发展，对电网建设也提出了更高的要求。220kV电网是我国电能输送的重要网架。252kV高压开关设备是保证220kV电网安全可靠运行的关键设备。

252kV高压套管是252kV GIS的重要组成部分，其主要功能是将高电压、大电流引入或引出GIS，需要具备相应的绝缘耐受能力。高压套管的绝缘性能与其屏蔽结构密切相关。应用有限元分析计算方法对252kV套管(见图1)的屏蔽结构进行了优化设计，优化其端部单R形状为多R圆弧过渡;介绍了多R圆弧过渡屏蔽罩的制造工艺。优化后的252kV套管顺利通过了整套绝缘型式试验。

图1 252kV BG典型绝缘结构

2 252kV高压套管绝缘水平要求

根据GB/T 11022－2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》，252kV高压套管需要满足的绝缘耐受水平等主要技术参数见表1。

表1 252kV高压套管主要技术参数

3 数学模型

绝缘结构的优化设计基于电场分布的计算分析。目前，复杂绝缘结构电场分布的计算主要采用有限元数值分析计算方法。

252kV高压套管属于典型的轴对称结构，将其轴截面的一半作为分析对象，与该电场问题对应的数学模型为:

式(1)中u为电势，ε0为真空介电常数，εr为材料相对介电常数。

场域中各点的电场强度

式(2)中E为电场强度。

4 252kV套管绝缘结构优化

高压套管的绝缘性能主要取决于其内部屏蔽结构的良好设计。结合252kV高压套管需要满足的绝缘水平，采用有限元电场分析计算方法对其内部屏蔽结构进行优化设计。

4.1 优化前后电场分布对比

252kV高压套管优化前的电位等值云图分布见图2;优化前后的局部电场强度等值云图对比见图3。

图2 优化前电位等值云图分布

图3 优化前后局部电场强度等值云图对比

4.2 结果分析

由图3可知，优化前，252kV套管屏蔽罩端部形状为单R，其上电场强度最大值为27.32kV/cm;优化其端部形状为多R过渡后，其上电场强度最大值为23.92kV/cm，较原结构降低12.5%。

252kV套管额定SF6充气压力为0.5MPa，最低功能充气压力为0.4MPa。根据［1］，在雷电冲击耐受电压作用下，其许用场强见表2。因此，优化后的252kV套管绝缘性能满足判据要求。

表2 SF6许用场强(单位:kV/mm)

5 屏蔽罩制造工艺介绍

屏蔽罩的设计形状决定其绝缘性能。252kV套管优化后的屏蔽罩端部多R结构及其与原单R结构的对比见图4(实心部分为原单R结构，单线部分为优化后的多R结构)，材料为2mm的1060铝材。

图4 252kV屏蔽罩端部多R结构

屏蔽罩的加工工艺通常采用压力机模压拉伸或旋压机旋压成型方法完成，两种工艺均需要相应的磨具。而旋压工艺和模压拉伸工艺相比，具有材料利用率高，所需模具简单易加工，生产效率高，成本低等优点。而且，旋压工艺的零件精度高，外形更美观。

252kV高压套管的屏蔽罩采用铝材1060，延展性好，采用旋压工艺加工而成，外表面通过剖光处理，能够满足设计要求。

6 252kV高压套管型式试验验证

优化后的新型252kV套管在国家高压电器质量监督检验中心(西安)进行了工频耐受电压、操作冲击耐受电压、雷电冲击耐受电压、无线电干扰等整套绝缘型式试验验证。

7 结论

(1)通过电场分析，优化252kV高压套管内部屏蔽罩端部单R形状为多R圆弧过渡结构，优化后屏蔽罩上的电场强度最大值较原结构降低12.5%。

(2)优化后的252kV高压套管在0.4 MPa SF6最低功能压力下顺利通过了整套绝缘型式试验，满足相关的绝缘水平要求。

(3)多R圆滑过渡屏蔽罩制造方法可以采用较为先进的旋压工艺。

［1］黎斌.SF6高压电器设计［M］.北京:机械工业出版社，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

何荣涛(1971－)，男，主要从事智能设备研发及管理工作;余良清(1968－)，男，高级工程师，从事高压开差设备的研发及管理工作。