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《厦门理工学院》 2019年
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表面异物对252kV GIS盆式绝缘子绝缘性能影响的研究与优化

庄丞  
【摘要】:气体绝缘组合电器(Gas Insulated Switchgear,GIS),因其小型化、智能化、无污染、运行成本低等特点随着城市电网的快速发展而备受欢迎。盆式绝缘子作为GIS开关设备的重要组成部分,有着电气绝缘、机械固定以及隔离气室等作用。根据现场运行经验表明,盆式绝缘子与SF_6气体界面的绝缘性能在很大程度上决定了GIS设备的可靠性。本文对252kV GIS盆式绝缘子的绝缘性能展开研究,并在不影响其机械性能的情况下对盆式绝缘子的结构进行优化设计,以达到改善其表面电场的目的,主要工作如下:本文针对252kV GIS盆式绝缘子表面常见的五类异物(金属屑、毛发、硅脂、沙粒和纸屑)对局部电场的影响建立了模型,并利用三维有限元分析软件进行仿真计算。为验证理论计算的有效性,搭建了一个盆式绝缘子绝缘试验平台,在此平台上对异物在盆式绝缘子表面不同位置(高、中、低电位区)和不同排列方式(线性、片状)下进行雷电冲击、工频耐压及局放试验。试验结果表明:当体积很小(底部半径为1mm,高为2.5mm的锥体)的金属屑单一附着在绝缘子凸面高电位区时未引起击穿现象;当金属屑附着在绝缘子凸面低电位区时,片状排列较线性排列更容易引起击穿;非金属异物中的毛发、沙粒、硅脂和纸屑则对绝缘子的绝缘性能影响较小;试验中测得沙粒的局部放电量明显高于其它三类非金属异物,表明沙粒类无机物长久积累后诱发绝缘故障的可能性会显著提高。绝缘子结构优化不仅涉及电场问题,还涉及到绝缘子的机械支撑功能,因此,在对绝缘子进行结构优化的同时必须考虑其机械性能。本文对252kV GIS盆式绝缘子表面应力分布对其机械性能的影响建立了模型,并利用三维有限元分析软件对其进行应力仿真计算。为验证理论计算的有效性搭建了一个盆式绝缘子水压试验平台,采用静态应变测试系统对盆式绝缘子在水压试验过程中表面应力分布情况进行研究。试验结果表明:水压强度为2.5MPa时,盆式绝缘子先从嵌件一侧脱落,再沿两侧路径破裂至其弧面末端与内密封槽间的倒圆角处,而不是通常认为的树脂最大应力处。试验结果不仅为提高盆式绝缘子机械性能方面提供了依据,还为结构优化方面提供了参考。在不影响盆式绝缘子机械性能的前提下,本文采用BP神经网络算法对绝缘子结构参数进行优化。首先将有限元法仿真计算得到的电场及应力分布样本数据提供给神经网络学习训练,建立场强E、应力和盆式绝缘子厚度h,弧度R之间的映射关系,再由建立的神经网络模型计算出约定范围内的h、R对应的E和,从中找到最优的盆式绝缘子结构参数,最终得到厚度h为46mm,弧度R为53mm时场强E取得最小值,同时应力未受到影响。根据最优参数对绝缘子模型进行重新修改和仿真计算。结果表明,优化后的盆式绝缘子可以有效改善其表面电场分布及降低整体电场强度值。
【学位授予单位】:厦门理工学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TM216

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