工頻電壓對(duì)SF6氣體全封閉組合電器隔離開(kāi)關(guān)的影響研究

左明鑫 王忠利

摘 要：結(jié)合SF6氣體全封閉組合電器隔離開(kāi)關(guān)氣室的實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立計(jì)算結(jié)構(gòu)示意圖，并進(jìn)行剖分，利用有限元法計(jì)算隔離開(kāi)關(guān)在工頻電壓作用下的電場(chǎng)特性，通過(guò)計(jì)算動(dòng)觸頭行程為18mm、90mm和162mm時(shí)隔離開(kāi)關(guān)斷口處的電位分布，認(rèn)為動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩處是隔離開(kāi)關(guān)絕緣最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，該處的電場(chǎng)分布情況應(yīng)該重點(diǎn)分析，從而繪制出動(dòng)觸頭沿面和靜觸頭屏蔽罩沿面的場(chǎng)強(qiáng)分布曲線，分析出在局部位置出現(xiàn)的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值，為絕緣性能分析提供參考。

關(guān)鍵詞：工頻電壓 GIS 隔離開(kāi)關(guān) 電場(chǎng)

中圖分類號(hào)：TM59 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0009-02

GIS（Gas Insulated Switch-gear，簡(jiǎn)稱GIS，我國(guó)稱之為SF6氣體全封閉組合電器）中的隔離開(kāi)關(guān)有進(jìn)行換接線路和保障檢修人員及設(shè)備安全的作用[1]，隔離開(kāi)關(guān)氣室的絕緣與材料自身的絕緣性能有關(guān)，同時(shí)還與絕緣結(jié)構(gòu)的電場(chǎng)、電位分布有密切關(guān)系[2]，隨著電壓等級(jí)的提高，必然會(huì)對(duì)隔離開(kāi)關(guān)氣室的絕緣造成威脅，因此，研究GIS隔離開(kāi)關(guān)的電場(chǎng)分布具有重要的實(shí)際意義。

本研究根據(jù)有限元方法，計(jì)算500kV GIS隔離開(kāi)關(guān)動(dòng)觸頭的行程分別為18mm、90mm和162mm時(shí)隔離開(kāi)關(guān)斷口處在工頻電壓作用下的電位分布，并且繪制了各行程時(shí)動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的場(chǎng)強(qiáng)分布，討論了電場(chǎng)特性。

1 計(jì)算結(jié)構(gòu)

500kV GIS隔離開(kāi)關(guān)斷口處可以簡(jiǎn)化為二維軸對(duì)稱場(chǎng)，滿足拉普拉斯場(chǎng)，邊值問(wèn)題為[3]：

利用有限元法分析在工頻電壓作用下GIS隔離開(kāi)關(guān)斷口處的電位分布，隔離開(kāi)關(guān)氣室的實(shí)際結(jié)構(gòu)如圖1所示。

隔離開(kāi)關(guān)斷口處的計(jì)算結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，計(jì)算區(qū)域包括SF6氣體、動(dòng)觸頭、靜觸頭和屏蔽罩等，該區(qū)域剖分示意圖如圖3所示。

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 不同行程時(shí)電位分布

由于隔離開(kāi)關(guān)斷口處電位分布與動(dòng)、靜觸頭間的距離有關(guān)，所以需要分析在動(dòng)觸頭行程過(guò)程中的變化情況，下面分別計(jì)算動(dòng)觸頭行程為18mm、90mm和162mm時(shí)在工頻電壓作用下的情況。

從圖4～圖6可以看出靠近動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩處的電位分布最為密集，電場(chǎng)強(qiáng)度最大值發(fā)生在這兩個(gè)位置之一，該區(qū)域是隔離開(kāi)關(guān)絕緣最為薄弱的環(huán)節(jié)之一，動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的場(chǎng)強(qiáng)分布情況應(yīng)該重點(diǎn)分析。

2.2 動(dòng)觸頭、靜觸頭屏蔽罩沿面場(chǎng)強(qiáng)分布

動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的電場(chǎng)強(qiáng)度在各行程時(shí)的分布情況如下：

為了便于觀察，把圖7～圖12各行程時(shí)動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值列于表1中，從表1中可以看出，在行程為18mm時(shí)動(dòng)觸頭沿面和靜觸頭屏蔽罩沿面的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值分別高達(dá)30.9kV/mm和27.8kV/mm，在行程為162mm時(shí)動(dòng)觸頭沿面和靜觸頭屏蔽罩沿面的電場(chǎng)強(qiáng)度最大值也分別達(dá)到7.82kV/mm和8.59kV/mm，可見(jiàn)動(dòng)觸頭沿面和靜觸頭屏蔽罩沿面的局部位置出現(xiàn)了絕緣薄弱環(huán)節(jié)，在絕緣性能分析時(shí)應(yīng)引起足夠重視。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)500kV GIS隔離開(kāi)關(guān)氣室的實(shí)際結(jié)構(gòu)，建立隔離開(kāi)關(guān)斷口處的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行剖分。

（2）根據(jù)實(shí)際情況，分別計(jì)算了動(dòng)觸頭行程分別為18mm、90mm和162mm時(shí)斷口處的電位分布，認(rèn)為動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的電場(chǎng)分布情況應(yīng)該重點(diǎn)分析。

（3）分析了動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的電場(chǎng)強(qiáng)度分布情況，得出動(dòng)觸頭和靜觸頭屏蔽罩沿面的局部位置出現(xiàn)了絕緣的薄弱環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1] 林莘.現(xiàn)代高壓電器技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2] 高有華.雷電沖擊和快速暫態(tài)過(guò)電壓對(duì)GIS及相連設(shè)備影響的研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2004：23.

[3] 胡之光.電機(jī)電磁場(chǎng)的分析與計(jì)算[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982.