252kV分支母线防低温液化研究

国网新疆检修公司 张立成 杨利民

山东泰开高压开关有限公司 宫瑞磊 解克佳

252kV分支母线防低温液化研究

国网新疆检修公司 张立成 杨利民

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对252kV分支母线结构提出改进设计，通过Ansys商用电场计算软件对更改后的结构进行了电场计算分析。在0.3MPa充气压力下，改进后的分支母线结构，能够耐受460kV/min的工频电压及1050kV的雷电冲击电压，各15次的正负极性试验。通过本次改进，提高了252kV母线的绝缘裕度，并适合低温地区应用。

分支母线；工频耐压；电场分布；雷电冲击电压

0 引言

国家经济的快速发展，导致了电力需求的急剧增加，特别是城市用电需求的增加。快速增加的电力需求必将导致供电线路不能满足用电要求，因此为满足急需增加的电力需求，必须进行线路改造和新增新的供电线路。[1-2]

由于城市的用地紧张和土地价格昂贵，以及封闭式组合电器技术的国产化和其价格的下降，造成了城市用电线路改造过程中多使用绝缘可靠性较高的封闭式组合电器。

通过提高生产技术，优化产品结构及加工工艺等方法来降低成本，是企业得以生存的必然选择。而且，通过更改结构设计，减少不必要加工环节以及减少冗余环节，也符合国家建设节约的精神。本文基于创新节约的发展精神，对封闭式组合电器用252kV分支母线结构，提出了更改。并通过Ansys商用电场计算软件，对更改后的结构进行了电场计算分析，最后通过对样机进行绝缘试验，证实了改进的可靠性。

1 改进前后的母线结构

改进前用于252kV封闭式组合电器，且正式生产的分支母线的结构如图1所示。分支母线的结构组成包括：屏蔽环、导体、外壳、屏蔽罩、梅花触头、触头座和屏蔽罩座等。

改进后的结构如图2所示。从图1和图2比较可以看出，主要做了以下的改动：

①将1-屏蔽环改成旋压屏蔽罩；②将4-屏蔽罩改成旋压屏蔽罩；③将4-屏蔽罩直接固定在6-触头座上；④改进了6-触头座的外形；⑤去除了7-屏蔽罩座。

图1 252kV分支母线的原结构图

通过比较可以发现，改进后的结构，减少了一个接触面（因去除了7-屏蔽罩座），而根据设计及实际测量回路电阻的经验，能够确定减少一个接触面后，能够有效的降低回路电阻，有利于通流。

2 电场计算分析对比

在高压电器领域，为验证所设计结构是否符合电场分布的要求，多采用有限元法[3-5]。Ansys、Ansoft及IES等电场计算商用软件常被采用，由于相关的参考书籍中对各种软件的优缺点做过介绍，此处对各种软件不做介绍。在此结构设计中，采用了较熟悉的Ansys软件进行计算分析[6-7]。

对252kV分支母线原有结构进行电场分析时，取如下边界条件：母线外壳施加0kV电压，导体处施加1050kV电压，其余为二类齐次边界条件。计算分析结果如图3所示。

图2 252kV分支母线改进后的结构图

图3 252kV分支母线原有结构的电场分析图

图4 252kV分支母线改进结构后的电场计算分析图

表1 252kV母线各处场强计算值及表计气压0.35MPa时各处的许用场强（kV/mm）

对改进后结构进行电场分析时，与原分支母线取相同边界条件，图4为其电场计算分析图。表1所述是252kV分支母线结构改进前后的电场计算结果，其中设计基准值采用了文献[5-7]中的相关数据。

目前，252kV封闭式组合电器用分支母线额定充气压力为0.4MPa（表计），报警压力为0.35MPa（表计）[8-14]。对应的参考许用场强值约分别为：28.8kV/mm和26.2kV/mm[15-17]。

结构更改前屏蔽环外表面处的最大场强为28.2kV/mm，结构更改后屏蔽罩处的最大场强为22.4kV/mm。由以上分析可知：结构更改后不仅省去了屏蔽罩座，且电场分布更加均匀。

图5 正极性雷电冲击电压波形

图6 负极性雷电冲击电压波形

3 验证试验

对结构更改后的分支母线充0.3MPa（表计） SF6气体进行工频耐压及雷电冲击试验验证，工频耐压试验电压为460kV/min，雷电冲击电压峰值为1050kV，根据标准[18-20]进行了正负极性各15次以上的试验，没有出现任何闪络。图5为正极性雷电冲击电压波形，图6为负极性雷电冲击电压波形，图7为252kV分支母线工频耐压和雷电冲击试验时采用的工装结构图。

图7 252kV分支母线的耐压工装

更改后的结构相比原结构加工成本更低，且绝缘试验的验证是在0.3MPa（表计）气压下进行的，因此可取母线的充气压力为额定的0.35MPa。仅该项，每年可节约大量SF6气体，且有利于保护大气环境，更适合低温环境的应用。

4 结论

本文对252kV分支母线进行了结构上的改进，同时利用Ansys软件对新结构进行了电场计算分析。与之前结构相比，减少了电接触面，使得接触电阻大大降低，母线结构改进后的电场分布较之以前更加均匀，导电回路的通流能力显著提高，绝缘裕度更大，且较低的SF6充气压力更适合于高寒地区。

通过绝缘试验进行验证表明，结构更改后的电场分布各项参数较之以前均有明显提高，对深入进行分支母线防低温液化研究具有指导意义。

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