63kV高压交流套管的绝缘设计

摘要

随着电力行业的飞速发展，电力系统对其运行的电气设备的绝缘水平要求越来越严苛，绝缘性能直接影响电力系统运行的稳定性与安全性。高压套管作为配合高压电气设备使用的关键结构部件，其绝缘性能成为了高压电力领域的重要课题。近年来，由于套管失效直接或间接引起的事故量不断增加，由此带来的经济损失是十分巨大的，因此，保证套管的安全工作对整个电力系统的稳定运行有着不可估量的工程价值。
　　国内外研究提出了部分电压等级所使用套管的一些设计方案，但尚未有一套完整的理论和方法可以指导套管的设计和绝缘结构的优化。本文以63kV高压交流电容式套管为研究对象，根据套管的适用条件，开展绝缘结构的研究与设计，提出了一套适用一定高压等级范围内所使用套管的设计思路和方案。
　　针对电容式套管绝缘结构的特点，本文重点设计了套管的内绝缘和外绝缘。内绝缘电容芯子采用等电容设计法计算极板参数，然后用等裕度法对极板参数进行优化，并开发出一套设计软件包;外绝缘方面，重点研究了材料的选型和伞形结构设计，提出了外绝缘设计的通用方法;最终实现套管绝缘结构的整体设计。依据上述研究成果，建立套管的电场分析模型，采用ANSYS软件完成有限元模型的建立与计算，获得套管的电场强度分布规律，并对计算结果进行分析。在此基础上，根据仿真结果中给出的套管场强敏感区域进行局部结构优化设计，提出了一定高压等级范围内所使用套管绝缘结构的优化方法。
　　经仿真计算及试验证明，该套管设计方案是科学合理的，本文提出的设计思想和解决方案是可行的，可以为同类设计工作提供技术指导。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 高压套管概述

1．1．2 高压套管关键问题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高压套管的发展概况

1．2．2 高压套管问题的研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 有限元法在电场分析中的应用

2．1 有限元法的基本思想

2．2 有限元法计算的基本过程

2．3 电场问题的有限元法

2．3．1 静电场的泛函值

2．3．2 边界条件的类型

2．3．3 二维有限元解法

2．3．4 变分问题的离散

2．4 本章小结

3 63kV高压交流套管绝缘结构的设计

3．1 高压套管的绝缘结构

3．2 套管内绝缘结构设计

3．2．1 电容式套管设计原理

3．2．2 电容芯子参数计算

3．2．3 套管圆柱部分设计

3．3 套管外绝缘结构设计

3．3．1 绝缘材料的选择

3．3．2 上绝缘套的设计

3．4 本章小结

4 63kV高压交流套管的电场计算及结构优化

4．1 高压套管的电场模型

4．1．1 高压套管的电场分布特点

4．1．2 套管电场计算有限元模型的建立

4．2 高压套管的电场计算

4．2．1 计算模型

4．2．2 网格划分

4．2．3 计算结果

4．3 高压套管绝缘结构的优化设计

4．3．1 屏蔽罩的应用

4．3．2 尖端优化

4．3．3 接地屏蔽电极和应力锥的应用

4．4 本章小结

5 63kV高压交流套管的试验

5．1 高压套管的制作

5．2 高压套管的试验

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢