12kV固体绝缘环网柜局部放电及其结构设计研究

王怀平 陈卢明

摘要：本文围绕12kV固体绝缘网柜局部放电议题进行了分析论述。文章首先对绝缘筒套管末端电场情况进行了分析，发现绝缘筒进线套管末端电场集中，有局部放电和沿线击穿的危险。因此对绝缘筒进行了结构改造，增加了接地绝缘环和屏蔽网，再次进行了模拟仿真试验。结果表明，当对绝缘筒套管采用了屏蔽措施后，绝缘筒周围电场分布更加均匀，有效提高了固体绝缘环网柜绝缘性能，对电力设备运行的安全性和可靠性有积极的现实意义。

关键词：固体绝缘环网;局部放电

1引言

在电力行业中，固体绝缘环网柜是应用十分普遍的设备，在其运行过程中，因局部放电导致的安全事故发生频率高居不下，不仅直接影响到电力生产的安全性，而且也会引发设备材料或部件的老化损耗，缩减设备寿命，为此，针对固体绝缘环网柜局部放电议题进行研究是十分重要且必要的。本文以12kV固体绝缘环网柜为研究对象，分析并探讨可行的改进设计方案。

2三维电场数学模型

由于固体绝缘筒电场大多符合静态电场模型，因此在数学模型中可按照此模型来进行计算，电场电位计算公式如下：

上式中，φ代表域中求解点位，ρ代表电荷密度，ε代表介电常数，n为法向向量。

根据拉普拉斯方程，绝缘筒静电场边值变分即泛函极值的求解。

上式中，ψ代表积分空间，l代表积分路径。

上式中，K代表系数矩阵，给定边界条件时，可以通过此系数矩阵来求解得到场域节点上的点位值，最终求解得到绝缘筒的电场强度。

3固体绝缘筒电场数值

分析模型是在静电场中，因此铜的介电常数取1，陶瓷的介电常数取5.7，环氧树脂的介电常数取4，空气的介电常数取1.0006，真空的介电常数取1。绝缘筒表面喷锌，厚度为0.2毫米，绝缘筒外壳模拟电位为零，实现绝缘筒表面接地的效果。模拟仿真后绝缘套管末端电场分布情况如图1所示。图中A区域为电场为3.5kV/mm，是电场集中的区域，绝缘套管电场分布不均匀，极容易发生局部放电。

4固体绝缘筒结构改进后的电场数值

针对局部放电的问题，对固体绝缘筒结构进行如下改进，见图2。其中接地屏蔽环采用金属材料，厚度为0.5毫米。

绝缘管结构改进后进行绝缘套管末端电场的模拟仿真，结果见图3。相对于最初的绝缘管末端电场分布图，改进后的电场分布有显著差异，电场分布不再集中在套管末端，而是表现为电场右移且阶梯下降的趋势。在屏蔽环的影响下，绝缘管末端电场分布更均匀。

此外，由于隔离开关采用刀闸式结构，不均匀电场主要集中在隔离刀侧边尖端区域，对此，采用了如下改进措施：一方面，将隔离刀闸侧边的尖角进行导圆角处理;另一方面，用特殊绝缘材料的屏蔽帽来解决局部电场集中的问题，屏蔽帽外部为硅胶绝缘材质，内表面为半导体材质。

5试验结果验证

对绝缘筒进行环氧树脂浇注，然后利用X射线进行局部放电检测，结构优化前和优化后的熄灭电压出现明显差异，增加屏蔽环后的绝缘筒熄灭电压明显升高，增大开关空气间隙并设置硅胶绝缘屏蔽帽后，开关局部电压集中的情况明显改善，电场分布更均匀，实际验证与模拟仿真的结果吻合，表明绝缘环网柜结构优化方案是可行性。

6结语

对绝缘环网柜的绝缘筒进行结构改造，通过采用增加接地絕缘环和屏蔽网的措施，可以使绝缘筒周围电场分布更均匀，有效提高了固体绝缘环网柜绝缘性能，对电力设备运行的安全性和可靠性有积极的现实意义，值得借鉴和推广。

参考文献

[1]固体绝缘环网柜在配网中压领域的技术现状及市场前景分析，钟恒强，《电力系统装备》，2012，30（9）

[2]配电网中的固体绝缘环网柜研究，易平，张重乐。梁丽，《中国电业（技术版）》，2014（6）.