145 kV隔板绝缘性能研究

曹 兵，范乃心，刘 罡，刘佳妮，尚 莹

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003)

电力工业是各国经济发展的命脉，坚强可靠的拓扑化电网是保证电源可靠供应的物质基础。132kV等级电网是伊朗、印度等国家的基本网架，145kV封闭的气体绝缘金属开关设备(以下简称GIS)是保证其安全可靠运行的基础设备。

在GIS中，隔板起到支撑导体的重要作用。隔板的绝缘性能是保证GIS安全可靠运行的基础[1]。为有效减少占地面积，145kV GIS采用三相共箱设计，典型间隔见图1，三相共箱设计给145kV隔板的设计和优化带来了较大的难度，成为GIS设计中的突出难点。

本文详细介绍了新型145kV隔板的设计特点，应用有限元分析计算软件ANSYS对其绝缘性能进行了详细的计算分析，比较了接地屏蔽环对其绝缘性能的影响。新型145kV隔板在西安国家高压电器质量监督检验中心顺利通过了整套型式试验，验证了绝缘性能的可靠性。

图1 145 kV GIS典型间隔

1 145 kV隔板主要特点及技术参数

145 kV隔板的结构外形见图2，主要技术参数见表1。

图2 新型145 kV隔板结构外形

项别数值额定电压/kV145额定电流/A3 150额定频率/Hz50额定峰值耐受电流/kA100额定短路持续时间/s4额定雷电冲击耐受电压/kV650额定短时工频耐受电压/kV275爆破压力/MPa≥2.4

新型145 kV隔板(见图1)由3个中心嵌件、接地屏蔽圈、铝法兰和环氧树脂浇注部分组成，该隔板在145 kV GIS母线中比较典型的应用见图3。

图3 145 kV隔板在GIS母线中的典型应用

新型145 kV隔板具有以下主要特点：

a.采用三相一体化设计，3个导体呈等边三角形均匀布置；

b.采用对称设计，没有通常隔板的凹凸面，方便GIS设计和安装；

c.采用铝法兰结构，保证隔板与罐体联接时不使用铜(或铝)短接板，节省了有色材料，简化了装配工艺；

d.带有接地屏蔽圈，有效降低隔板尾部三交区的电场强度。

2 145 kV隔板绝缘性能研究

在电力系统中，隔板绝缘性能的好坏极其重要，很大比例的接地故障都是由隔板的沿面闪络引起的[2-4]。

对应图3 145 kV GIS母线中比较典型的应用，采用ANSYS软件对隔板的绝缘性能进行仿真计算，为了对比接地屏蔽圈对隔板绝缘性能的影响程度，分别进行了带有和不带有接地屏蔽圈2种工况的计算。

2.1 数学模型

145 kV隔板的电场分布对应的数学模型[5]见式(1)，在最苛刻工况下，即雷电冲击耐受电压下的绝缘性能，计算时电压取650 kV。

(1)

式中：εr为材料相对介电常数；ε0为真空介电常数；u为电势。

场域中各点的电场强度见式(2):

E=-▽u

(2)

式中：E为电场强度。

2.2 计算结果

在雷电冲击耐受电压650 kV下，145 kV隔板(带有接地屏蔽圈)的电位等值云图分布如图4所示，带有和不带有接地屏蔽圈的电场强度等值云图分布如图5和图6所示，各关键位置的电场强度最大值对比见表2。

2.3 结果分析及校核

表2 145 kV隔板关键位置电场强度最大值 kV/mm

图4 电位等值云图分布(带有接地屏蔽圈)

图5 电场强度等值云图分布(带有接地屏蔽圈)

图6 电场强度等值云图分布(不带有接地屏蔽圈)

由图5、图6和表2可知：当145 kV隔板不带有接地屏蔽圈时，其尾部三交区[6](环氧树脂、SF6气体及法兰金属三者交汇的位置)场强均比带有接地屏蔽圈时增大很多，而该三交区正是隔板在装配过程中可能出现的灰尘杂质的藏身之处，如果不带有接地屏蔽圈，必将会是隔板长期稳定运行安全可靠性的重大隐患[7-9]。因此，新型145 kV隔板一定要选择带有接地屏蔽圈。

145 kV隔板在GIS中的最低功能SF6充气压力为0.58 MPa(表压)，根据文献[10]，该气压下各部位的许用场强见表2。由表2可以看出，145 kV隔板在雷电冲击耐受电压650 kV下，各部位电场强度最大值均远远低于许用场强，由此可见，该隔板绝缘性能是安全可靠的，并且具有足够的安全裕度。

3 型式试验验证

145 kV隔板在西安国家高压电器质量监督检验中心顺利通过了国家标准要求的绝缘型式试验，进一步证明了其具有可靠的绝缘性能。绝缘型式试验样机布置见图7。

图7 145 kV隔板绝缘型式试验样机布置

4 结论

a.接地屏蔽圈对降低隔板三交区场强效果良好，改善隔板的绝缘性能。雷电冲击耐受电压650 kV的状况下，145 kV隔板沿面的电场强度最大值13.82 kV/mm，低于许用场强15.71 kV/mm；法兰处三交区的电场强度最大值7.325 kV/mm，低于许用场强11.8 kV/mm；由此可见，该隔板的绝缘性能满足相关绝缘要求。

b.145 kV隔板顺利通过了绝缘型式试验验证，进一步验证了绝缘性能的可靠性。通过对145 kV隔板绝缘性能的深入研究，进一步在技术层面保障了新型145 kV GIS的安全可靠运行。