145 kV隔板絕緣性能研究

曹 兵，范乃心，劉 罡，劉佳妮，尚 瑩

(1.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003)

電力工業是各國經濟發展的命脈，堅強可靠的拓撲化電網是保證電源可靠供應的物質基礎。132kV等級電網是伊朗、印度等國家的基本網架，145kV封閉的氣體絕緣金屬開關設備(以下簡稱GIS)是保證其安全可靠運行的基礎設備。

在GIS中，隔板起到支撐導體的重要作用。隔板的絕緣性能是保證GIS安全可靠運行的基礎[1]。為有效減少占地面積，145kV GIS采用三相共箱設計，典型間隔見圖1，三相共箱設計給145kV隔板的設計和優化帶來了較大的難度，成為GIS設計中的突出難點。

本文詳細介紹了新型145kV隔板的設計特點，應用有限元分析計算軟件ANSYS對其絕緣性能進行了詳細的計算分析，比較了接地屏蔽環對其絕緣性能的影響。新型145kV隔板在西安國家高壓電器質量監督檢驗中心順利通過了整套型式試驗，驗證了絕緣性能的可靠性。

圖1 145 kV GIS典型間隔

1 145 kV隔板主要特點及技術參數

145 kV隔板的結構外形見圖2，主要技術參數見表1。

圖2 新型145 kV隔板結構外形

項別數值額定電壓/kV145額定電流/A3 150額定頻率/Hz50額定峰值耐受電流/kA100額定短路持續時間/s4額定雷電沖擊耐受電壓/kV650額定短時工頻耐受電壓/kV275爆破壓力/MPa≥2.4

新型145 kV隔板(見圖1)由3個中心嵌件、接地屏蔽圈、鋁法蘭和環氧樹脂澆注部分組成，該隔板在145 kV GIS母線中比較典型的應用見圖3。

圖3 145 kV隔板在GIS母線中的典型應用

新型145 kV隔板具有以下主要特點：

a.采用三相一體化設計，3個導體呈等邊三角形均勻布置；

b.采用對稱設計，沒有通常隔板的凹凸面，方便GIS設計和安裝；

c.采用鋁法蘭結構，保證隔板與罐體聯接時不使用銅(或鋁)短接板，節省了有色材料，簡化了裝配工藝；

d.帶有接地屏蔽圈，有效降低隔板尾部三交區的電場強度。

2 145 kV隔板絕緣性能研究

在電力系統中，隔板絕緣性能的好壞極其重要，很大比例的接地故障都是由隔板的沿面閃絡引起的[2-4]。

對應圖3 145 kV GIS母線中比較典型的應用，采用ANSYS軟件對隔板的絕緣性能進行仿真計算，為了對比接地屏蔽圈對隔板絕緣性能的影響程度，分別進行了帶有和不帶有接地屏蔽圈2種工況的計算。

2.1 數學模型

145 kV隔板的電場分布對應的數學模型[5]見式(1)，在最苛刻工況下，即雷電沖擊耐受電壓下的絕緣性能，計算時電壓取650 kV。

(1)

式中：εr為材料相對介電常數；ε0為真空介電常數；u為電勢。

場域中各點的電場強度見式(2):

E=-▽u

(2)

式中：E為電場強度。

2.2 計算結果

在雷電沖擊耐受電壓650 kV下，145 kV隔板(帶有接地屏蔽圈)的電位等值云圖分布如圖4所示，帶有和不帶有接地屏蔽圈的電場強度等值云圖分布如圖5和圖6所示，各關鍵位置的電場強度最大值對比見表2。

2.3 結果分析及校核

表2 145 kV隔板關鍵位置電場強度最大值 kV/mm

圖4 電位等值云圖分布(帶有接地屏蔽圈)

圖5 電場強度等值云圖分布(帶有接地屏蔽圈)

圖6 電場強度等值云圖分布(不帶有接地屏蔽圈)

由圖5、圖6和表2可知：當145 kV隔板不帶有接地屏蔽圈時，其尾部三交區[6](環氧樹脂、SF6氣體及法蘭金屬三者交匯的位置)場強均比帶有接地屏蔽圈時增大很多，而該三交區正是隔板在裝配過程中可能出現的灰塵雜質的藏身之處，如果不帶有接地屏蔽圈，必將會是隔板長期穩定運行安全可靠性的重大隱患[7-9]。因此，新型145 kV隔板一定要選擇帶有接地屏蔽圈。

145 kV隔板在GIS中的最低功能SF6充氣壓力為0.58 MPa(表壓)，根據文獻[10]，該氣壓下各部位的許用場強見表2。由表2可以看出，145 kV隔板在雷電沖擊耐受電壓650 kV下，各部位電場強度最大值均遠遠低于許用場強，由此可見，該隔板絕緣性能是安全可靠的，并且具有足夠的安全裕度。

3 型式試驗驗證

145 kV隔板在西安國家高壓電器質量監督檢驗中心順利通過了國家標準要求的絕緣型式試驗，進一步證明了其具有可靠的絕緣性能。絕緣型式試驗樣機布置見圖7。

圖7 145 kV隔板絕緣型式試驗樣機布置

4 結論

a.接地屏蔽圈對降低隔板三交區場強效果良好，改善隔板的絕緣性能。雷電沖擊耐受電壓650 kV的狀況下，145 kV隔板沿面的電場強度最大值13.82 kV/mm，低于許用場強15.71 kV/mm；法蘭處三交區的電場強度最大值7.325 kV/mm，低于許用場強11.8 kV/mm；由此可見，該隔板的絕緣性能滿足相關絕緣要求。

b.145 kV隔板順利通過了絕緣型式試驗驗證，進一步驗證了絕緣性能的可靠性。通過對145 kV隔板絕緣性能的深入研究，進一步在技術層面保障了新型145 kV GIS的安全可靠運行。