252kV分支母線防低溫液化研究

國(guó)網(wǎng)新疆檢修公司 張立成 楊利民

山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司 宮瑞磊 解克佳

252kV分支母線防低溫液化研究

國(guó)網(wǎng)新疆檢修公司 張立成 楊利民

山東泰開(kāi)高壓開(kāi)關(guān)有限公司 宮瑞磊 解克佳

對(duì)252kV分支母線結(jié)構(gòu)提出改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過(guò)Ansys商用電場(chǎng)計(jì)算軟件對(duì)更改后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電場(chǎng)計(jì)算分析。在0.3MPa充氣壓力下，改進(jìn)后的分支母線結(jié)構(gòu)，能夠耐受460kV/min的工頻電壓及1050kV的雷電沖擊電壓，各15次的正負(fù)極性試驗(yàn)。通過(guò)本次改進(jìn)，提高了252kV母線的絕緣裕度，并適合低溫地區(qū)應(yīng)用。

分支母線；工頻耐壓；電場(chǎng)分布；雷電沖擊電壓

0 引言

國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致了電力需求的急劇增加，特別是城市用電需求的增加?？焖僭黾拥碾娏π枨蟊貙?dǎo)致供電線路不能滿足用電要求，因此為滿足急需增加的電力需求，必須進(jìn)行線路改造和新增新的供電線路。[1-2]

由于城市的用地緊張和土地價(jià)格昂貴，以及封閉式組合電器技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化和其價(jià)格的下降，造成了城市用電線路改造過(guò)程中多使用絕緣可靠性較高的封閉式組合電器。

通過(guò)提高生產(chǎn)技術(shù)，優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及加工工藝等方法來(lái)降低成本，是企業(yè)得以生存的必然選擇。而且，通過(guò)更改結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少不必要加工環(huán)節(jié)以及減少冗余環(huán)節(jié)，也符合國(guó)家建設(shè)節(jié)約的精神。本文基于創(chuàng)新節(jié)約的發(fā)展精神，對(duì)封閉式組合電器用252kV分支母線結(jié)構(gòu)，提出了更改。并通過(guò)Ansys商用電場(chǎng)計(jì)算軟件，對(duì)更改后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電場(chǎng)計(jì)算分析，最后通過(guò)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，證實(shí)了改進(jìn)的可靠性。

1 改進(jìn)前后的母線結(jié)構(gòu)

改進(jìn)前用于252kV封閉式組合電器，且正式生產(chǎn)的分支母線的結(jié)構(gòu)如圖1所示。分支母線的結(jié)構(gòu)組成包括：屏蔽環(huán)、導(dǎo)體、外殼、屏蔽罩、梅花觸頭、觸頭座和屏蔽罩座等。

改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖1和圖2比較可以看出，主要做了以下的改動(dòng)：

①將1-屏蔽環(huán)改成旋壓屏蔽罩；②將4-屏蔽罩改成旋壓屏蔽罩；③將4-屏蔽罩直接固定在6-觸頭座上；④改進(jìn)了6-觸頭座的外形；⑤去除了7-屏蔽罩座。

圖1 252kV分支母線的原結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)，減少了一個(gè)接觸面（因去除了7-屏蔽罩座），而根據(jù)設(shè)計(jì)及實(shí)際測(cè)量回路電阻的經(jīng)驗(yàn)，能夠確定減少一個(gè)接觸面后，能夠有效的降低回路電阻，有利于通流。

2 電場(chǎng)計(jì)算分析對(duì)比

在高壓電器領(lǐng)域，為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否符合電場(chǎng)分布的要求，多采用有限元法[3-5]。Ansys、Ansoft及IES等電場(chǎng)計(jì)算商用軟件常被采用，由于相關(guān)的參考書(shū)籍中對(duì)各種軟件的優(yōu)缺點(diǎn)做過(guò)介紹，此處對(duì)各種軟件不做介紹。在此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了較熟悉的Ansys軟件進(jìn)行計(jì)算分析[6-7]。

對(duì)252kV分支母線原有結(jié)構(gòu)進(jìn)行電場(chǎng)分析時(shí)，取如下邊界條件：母線外殼施加0kV電壓，導(dǎo)體處施加1050kV電壓，其余為二類(lèi)齊次邊界條件。計(jì)算分析結(jié)果如圖3所示。

圖2 252kV分支母線改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)圖

圖3 252kV分支母線原有結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)分析圖

圖4 252kV分支母線改進(jìn)結(jié)構(gòu)后的電場(chǎng)計(jì)算分析圖

表1 252kV母線各處場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算值及表計(jì)氣壓0.35MPa時(shí)各處的許用場(chǎng)強(qiáng)（kV/mm）

對(duì)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)進(jìn)行電場(chǎng)分析時(shí)，與原分支母線取相同邊界條件，圖4為其電場(chǎng)計(jì)算分析圖。表1所述是252kV分支母線結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后的電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，其中設(shè)計(jì)基準(zhǔn)值采用了文獻(xiàn)[5-7]中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

目前，252kV封閉式組合電器用分支母線額定充氣壓力為0.4MPa（表計(jì)），報(bào)警壓力為0.35MPa（表計(jì)）[8-14]。對(duì)應(yīng)的參考許用場(chǎng)強(qiáng)值約分別為：28.8kV/mm和26.2kV/mm[15-17]。

結(jié)構(gòu)更改前屏蔽環(huán)外表面處的最大場(chǎng)強(qiáng)為28.2kV/mm，結(jié)構(gòu)更改后屏蔽罩處的最大場(chǎng)強(qiáng)為22.4kV/mm。由以上分析可知：結(jié)構(gòu)更改后不僅省去了屏蔽罩座，且電場(chǎng)分布更加均勻。

圖5 正極性雷電沖擊電壓波形

圖6 負(fù)極性雷電沖擊電壓波形

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

對(duì)結(jié)構(gòu)更改后的分支母線充0.3MPa（表計(jì)） SF6氣體進(jìn)行工頻耐壓及雷電沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證，工頻耐壓試驗(yàn)電壓為460kV/min，雷電沖擊電壓峰值為1050kV，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[18-20]進(jìn)行了正負(fù)極性各15次以上的試驗(yàn)，沒(méi)有出現(xiàn)任何閃絡(luò)。圖5為正極性雷電沖擊電壓波形，圖6為負(fù)極性雷電沖擊電壓波形，圖7為252kV分支母線工頻耐壓和雷電沖擊試驗(yàn)時(shí)采用的工裝結(jié)構(gòu)圖。

圖7 252kV分支母線的耐壓工裝

更改后的結(jié)構(gòu)相比原結(jié)構(gòu)加工成本更低，且絕緣試驗(yàn)的驗(yàn)證是在0.3MPa（表計(jì)）氣壓下進(jìn)行的，因此可取母線的充氣壓力為額定的0.35MPa。僅該項(xiàng)，每年可節(jié)約大量SF6氣體，且有利于保護(hù)大氣環(huán)境，更適合低溫環(huán)境的應(yīng)用。

4 結(jié)論

本文對(duì)252kV分支母線進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，同時(shí)利用Ansys軟件對(duì)新結(jié)構(gòu)進(jìn)行了電場(chǎng)計(jì)算分析。與之前結(jié)構(gòu)相比，減少了電接觸面，使得接觸電阻大大降低，母線結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的電場(chǎng)分布較之以前更加均勻，導(dǎo)電回路的通流能力顯著提高，絕緣裕度更大，且較低的SF6充氣壓力更適合于高寒地區(qū)。

通過(guò)絕緣試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證表明，結(jié)構(gòu)更改后的電場(chǎng)分布各項(xiàng)參數(shù)較之以前均有明顯提高，對(duì)深入進(jìn)行分支母線防低溫液化研究具有指導(dǎo)意義。

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