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科学技术创新2020.09
一种126kV GIL 用盆式绝缘子和支柱绝缘子设计 许罗生岳浩磊孙琼
（平高集团有限公司，
河南平顶山467001）GIL 为三相高电压，大电流交流输电设备，
外壳与导体同轴布置，元件封闭在使用SF6气体或SF6和N2作为绝缘介质的
接地壳体内，主要应用在核电站、
水电站、地下管廊等场合，近年来随着城市地下综合管廊建设，GIL 在国内市场将逐步推广应用，市场前景广阔。GIL 绝缘性能对GIL 质量起到至关重要的作用，本文主要针对126kV GIL 盆式绝缘子和支柱绝缘子结构进
保证本设计盆式绝缘子和支柱绝缘子满足使用要求。
1126kV GIL 绝缘子结构设计
根据我公司GIL 产品系列化结构，在吸收国内外先进的GIL 技术基础上，确定了本项目126kV GIL 盆式绝缘子和支柱
绝缘子结构。主要参数有：额定电压126kV ，额定电流2500A ，
额定工频耐受电压230kV ，额定雷电冲击耐受电压550kV ，额定短时耐受电流40kA ，额定峰值耐受电流100kA 。
1.1盆式绝缘子结构设计
126kV GIL 用盆式绝缘子属于环氧树脂浇注绝缘件，主要 团队监控由环氧树脂、中心导体、接地屏蔽、
电连接等组成。主要参数：出厂试验压力大于1.2MPa ，破坏试验压力≥3倍设计压力，且≥2.4MPa ，局部放电≤3pC ；弯矩5kN*m 。 防辐射材料
要求：a.在额定雷电冲击耐受电压550kV 下：环氧树脂表面场强的切向分量不大于11kV/mm ；与SF6
接触的金属表面场强不大于24kV/mm 。b.额定工频相电压有效值133kV 下：环氧树脂内部的合成场强不大于3kV/mm 。隔热pc板
SF6介电常数为1.002；绝缘件介电常数为4.09，闭锁压力0.40MPa ，对盆子中心导体嵌件施加550kV 电压，外壳和盆式绝缘子外周屏蔽环接地，进行电场计算：环氧树脂表面场强的切向分量最大值为10.1kV/mm ；与SF6接触的金属表面场强最大值为21.3kV/mm ；额定工频相电压有效值133kV 下环氧树脂内部的合成场强最大值为2.5kV/mm ，满足设计要求。
根据盆子倾斜角度、中心嵌件形状与密封槽的配合位置等因素，铝弹性模量7.1×1010Pa ，泊松比0.33；环氧树脂弹性模量
5×109Pa ，泊松比0.3；盆子凹面施加边界条件压力，
要求满足：铝屈服极限100MPa ；环氧树脂屈服极限65MPa ；环氧树脂和铝嵌件的粘接强度40MPa 。
在盆子凹面施加2.4MPa 压力，进行机械强度计算：盆子整体最大应力19.4MPa ；环氧树脂最大应力17.6MPa ；粘接面最大应力13.1MPa ；嵌件最大应力19.4MPa 。在2.4MPa 破坏压力下，盆子最易破损的中部最大应力值为17.6MPa ，远小于许用压力，满足设计要求。
1.2支柱绝缘子结构设计
126kV GIL 支持绝缘子采用三柱式结构，分为固定式和滑动式，均配置微粒捕捉装置。固定式三支柱绝缘子通过拉板与
壳体紧固。滑动式三支柱呈三角形布置。
主要参数：轴向额定负载1.4kN ，径向额定负载1.2kN ·m 。
根据最大电动力：Fm=2.04×10-8(Im 2/S)Ka(1+e -Tm/Ta )，式中Im 为三相短路电流初始幅值1.414×40×1000A ；Ka 为直流屏蔽系数0.79；S 为相间距0.5m ；Ta 为直流衰减常数0.045s ；Tm 为最大电动力发生时刻s 。Tm/Te=2.41，Te 为涡流感应常数，Te=μ0×δ×R K /2ρ，式中μ0为真空磁导率1.25664×10－6T ·m ·A －1；δ为壳体壁厚6mm ；R k 为外壳平均半径0.163m ；ρ为电阻率
3.5×10－8
Ω·m 。计算得到最大短路电动力Fm=82.4N/m 。
126kV GIL 单元长度16m ，绝缘子最大跨距8m 。三支柱绝缘
子支撑导电杆抗压时，承受导电杆和自身重力、
电动力。水平布置时，受力最大即电动力与重力方向一致，此时F=Fg+Fd 。Fd=82.4*8=659.2N ，Fg=8.4*8*g+5.9*g=716.4N 。最大压力F ≈
彩钢板安装工程1.38kN ；竖直布置时，电动力方向为三支柱绝缘子径向方向，
不对绝缘子产生压力。固定三支柱绝缘子最大抗拉工况为承受16m 导电杆和2个支柱绝缘子的重力，最大压力F=8.4*16*g+5.9*g*2≈1.4N 。考虑最严重的工况确定三支柱绝缘子轴向额定负载1.4kN 。
126kV GIL 用三支柱绝缘子最大跨距为8m ，按最大跨距工况分析弯矩。三支柱绝缘子支撑导电杆的抗弯工况，等效为固
支梁模型，重力、电动力为均布载荷，
最大弯矩在支座处。根据结构静力计算手册，最大弯矩:M=q*L2/12，其中q=F/l ，最大受力即
电动力与重力方向一致，q=172.5N/m ；L=1.05*l=8.4，1.05为跨度系数。计算得到最大弯矩M=1kNom ，在保留一定安全系数，固定三支柱绝缘子径向额定负载1.2kN ·m 。
要求满足：a.在额定雷电冲击耐受电压550kV 下：环氧树脂表面场强的切向分量不大于11kV/mm ；与SF6接触的金属表面场强不大于24kV/mm 。b.额定工频相电压有效值133kV 下：环氧树脂内部的合成场强不大于3kV/mm 。
SF6介电常数为1.002；绝缘件介电常数为4.09，闭锁压力
0.40MPa ，对支柱绝缘子中心导体嵌件施加550kV 的电压，
外壳和安装用嵌件和微粒捕捉装置等接地，
对电场进行计算分析：环氧树脂表面场强的切向分量最大值为8.7kV/mm ；
与SF6接触的金属表面场强最大值为18.5kV/mm ；额定工频相电压有效值133kV 下环氧树脂内部的合成场强最大值为2.7kV/mm ，满足设计要求。
根据支柱绝缘子在竖井、斜井等工况下的受力情况，
测金属丝的电阻率
按照最苛刻条件进行机械强度仿真计算分析，
支柱绝缘子摘要：GIL 作为新型的电力传输设备，目前已经在高压输电领域广泛应用，
是我国电网建设主要设备，需保证GIL 设备安全可靠。GIL 性能主要取决于其绝缘件的性能，
本文就126kV GIL 盆式绝缘子和支柱绝缘子进行了结构设计和仿真计算，并通过试验验证了设计合理性。
关键词：GIL ；盆式绝缘子；支柱绝缘子；结构设计中图分类号:TM216文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2020)09-0158-02（转下页）158--
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