关于盆式绝缘子结构设计的探讨

gis盘式绝缘子配方的研究GIS盘式绝缘子是一种用于电力系统中的重要设备，它具有抗污闪性能好、绝缘性能稳定等优点，因此在电力输配电领域得到了广泛应用。

本文将探讨GIS盘式绝缘子配方的研究，介绍其中的关键要素和相关技术。

一、GIS盘式绝缘子的概述GIS盘式绝缘子是一种用于高压电力设备中的绝缘元件，主要用于隔离和支撑电力设备中的导线和电极。

它由绝缘子盘、金属外壳和导线夹等组成。

GIS盘式绝缘子具有重量轻、安装方便、绝缘性能好等优点，因此被广泛应用于电力输配电系统中。

二、GIS盘式绝缘子配方的研究意义GIS盘式绝缘子配方的研究对于提高绝缘子的性能和可靠性具有重要意义。

通过优化绝缘子的配方，可以改善其抗污闪性能、提高绝缘性能，从而延长绝缘子的使用寿命，减少运行故障的发生，提高电力系统的可靠性和稳定性。

三、GIS盘式绝缘子配方的关键要素1. 绝缘材料：GIS盘式绝缘子的绝缘材料主要是有机硅橡胶和绝缘胶。

有机硅橡胶具有优良的绝缘性能和耐候性，能够有效抵抗高温、高湿等恶劣环境条件的影响。

绝缘胶则起到加强绝缘子的作用，提高其机械强度和耐久性。

2. 添加剂：在GIS盘式绝缘子的配方中，常常添加一些辅助剂，如防老剂、增塑剂、硫化剂等。

这些添加剂能够改善绝缘子的加工性能和性能稳定性，提高其绝缘性能和机械强度。

四、GIS盘式绝缘子配方的研究方法1. 实验研究：通过实验手段，对不同配方的GIS盘式绝缘子进行性能测试和比较分析，确定最佳配方。

实验研究可以通过测量绝缘子的介电强度、机械强度、耐热性等指标来评估绝缘子的性能。

2. 理论模拟：利用计算机模拟和数值计算的方法，模拟GIS盘式绝缘子在不同工况下的电场分布和介电特性，优化绝缘子的配方。

理论模拟可以提供GIS盘式绝缘子设计和优化的参考依据。

五、GIS盘式绝缘子配方的应用展望随着电力系统的发展和技术的进步，GIS盘式绝缘子的需求将不断增加。

未来的研究可以从以下几个方面展开：1. 开发新型绝缘材料：研究开发具有更高绝缘性能和机械强度的新型绝缘材料，提高GIS盘式绝缘子的性能和可靠性。

GIS盆式绝缘子表面电荷分布对沿面闪络的影响的开题报告这篇开题报告将探讨GIS盆式绝缘子表面电荷分布对沿面闪络的影响。

首先，将对GIS盆式绝缘子的结构和原理进行介绍。

其次，将介绍电荷分布对绝缘子表面电场强度的影响。

然后，将探讨沿面闪络的机理和形成条件。

最后，将分析电荷分布对沿面闪络的影响，并提出预防措施。

GIS盆式绝缘子是高压开关装置的重要组成部分，主要用于电力系统的高压谐波过滤、防雷、过压保护和隔离等。

其结构包括绝缘基座、绝缘套、铜壳和绝缘子。

绝缘子表面电荷的分布影响着绝缘子表面的电场强度和绝缘性能。

因此，了解电荷分布对绝缘子性能的影响很重要。

电荷分布对绝缘子表面电场强度的影响是一个复杂的问题，在绝缘子表面会存在两种电荷分布，一种是吸附电荷，另一种是电离电荷。

电离电荷分布随着电压的增加而增加，而吸附电荷分布则相对稳定。

当吸附电荷分布足够大时，电离电荷的分布会被压缩并在绝缘子表面形成一个电荷堆积区，导致电磁闪络。

沿面闪络是指在绝缘子表面电荷积累的区域中，分布不均匀产生局部高电场，导致气体击穿的一种闪络形式。

沿面闪络的机理是空气分子在电场作用下受到离子化，因而有自增强的趋势。

如果绝缘子表面的电荷分布差异较大，并产生局部高电场，就容易产生闪络现象。

电荷分布对沿面闪络的影响应该关注两个方面。

一方面，电离电荷的增加会导致沿面闪络的风险增加。

另一方面，电荷分布的不均匀性会导致沿面闪络的位置和形态产生变化。

在设计绝缘子和开展现场安装时，应该考虑绝缘子表面电荷分布的影响，并采取相应的措施，如指定合适的绝缘子材料、增加绝缘子表面的闪络沟槽和提高绝缘子的绝缘强度等。

总之，电荷分布对GIS盆式绝缘子性能有着重要的影响。

了解电荷分布的机理和对沿面闪络的影响，有助于提高GIS盆式绝缘子的稳定性和可靠性，为电力系统的安全运行提供保障。

145kV GIS的研制与应用摘要：介绍了作者本人研制145kV GIS的开发过程和产品特点，对GIS各个模块进行了深入分析研究。

研制了参数高、技术先进、安全可靠的气体绝缘金属封闭开关设备对于所有电压等级都具有很强的借鉴意义。

关键词：145kV 研制GIS引言当前国际上145kV电压等级电网主要分布在欧洲及东南亚地区。

为适应国际市场需求，145kV的研发试制工作在充分的市场需求电压及同类产品的特性比对后，做出了145kV电压等级GIS的研发方案。

作者参与研发了具有完全自主知识产权的145kV GIS项目。

该GIS断路器额定开断电流40kA；GIS额定电流3150A。

以上参数已经达到国际先进水平，可以满足我国新型电网的需求。

1、产品结构145kV GIS由断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、母线、进出线套管、电压互感器、避雷器等单元组成，元件采用积木式的设计，有多种便于组合的法兰件，为变电站、电厂的布置提供高度灵活性。

GIS采用铝外壳，重量轻，传导性好，无涡流损耗，并有很高的抗腐蚀性能。

2.1断路器800kV GIS用断路器是在公司800kV罐式断路器的基础上研制的，产品重量轻、操作功小、抗震性能好、主要技术参数高、安装调试方便、运行可靠，断路器配HDA液压操动机构。

1）断路器的灭弧室设计与公司在产126kV GIS断路器、126kV罐式断路器、设计方案相同，该类型断路器设计结构经典、成熟，生产制造经验丰富。

2）断路器采用直动式灭弧室结构，操动机构安装在断路器一端，采用直动运动方式，工作缸与灭弧室的两个断口在同一轴线上，传动过程中也没有拐臂的转换，避免采用中间变直机构转换运动方向，因此在传动结构上该断路器具有结构简单、传动环节少、可靠性高、操作功小的特点。

灭弧室操动步骤见图1。

3）使用先进的计算软件，开展了断路器灭弧室开合性能，本体绝缘，传动机构、大功率操动机构、SF6充气套管屏蔽结构的研究工作，对该产品的电场、气流场、开断能力、液压机构操作功和分合闸特性进行了分析计算，对产品的结构进行了校核。

基于介电功能梯度材料的盆式绝缘子电场分布优化孙秋芹;郭晓和;张永涛;汪沨;陈赦;罗宸江;杨德慈【摘要】为改善盆式绝缘子沿面电场分布,以径向介电常数分布为对象,提出了一种通过识别沿面最大场强位置反馈更新介电常数分布的全局优化算法,实现了介电功能梯度材料盆式绝缘子参数优化设计.通过APDL语言,实现MATLAB与ANSYS联合仿真,研究了步长大小、分层数量等参数对优化结果的影响.结果表明:随着步长减小,沿面场强分布随迭代次数的变化更加平滑,介电常数区间范围增大.分层数目越多,径向介电常数分布越平滑,高压端介电常数值越大,沿面电场分布波动越小,最大场强降低幅度越大,可达70.5％.盆式绝缘子场强集中区域从高、低电极和三结合点处往中间转移,上、下表面电场利用率均达到0.75以上.研究结果为盆式绝缘子优化设计提供了参考.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(045)008【总页数】8页(P99-106)【关键词】盆式绝缘子;介电功能梯度材料;步长;分层数量;沿面电场利用率【作者】孙秋芹;郭晓和;张永涛;汪沨;陈赦;罗宸江;杨德慈【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;河南省公共资源交易中心,河南郑州 450018;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;国网山东省电力公司烟台供电公司,山东烟台 264000【正文语种】中文【中图分类】TM854气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)具有占地面积小、运行可靠、维护方便等特点，在电力系统中获得了广泛应用.随着电压等级的提升和系统容量的不断增大，GIS设备逐渐趋于小型化，设备故障量迅速增多.盆式绝缘子在GIS中起着支撑导体、隔离气室和电气绝缘的作用，是GIS中最薄弱的环节[1].统计数据表明，盆式绝缘子沿面放电在GIS故障中占有相当大的比例[2].为改善盆式绝缘子沿面电场分布，降低沿面放电和击穿的概率，通常采用形状优化的方式来实现.该措施常使得盆式绝缘子结构异常复杂且制造困难.功能梯度材料(Functionally Graded Materials，FGM)最早由日本学者提出，它由两种或两种以上材料通过物理或化学方法复合而成，构成材料的要素可沿特定方向由一侧向另一侧连续变化，从而使得材料的性质和功能呈现梯度变化[3].介电功能梯度材料(ε-FGM)的出现为盆式绝缘子电场优化提供了新的途径，仅需通过对材料介电常数进行调制，即可达到优化电场的目的.近年来国内外学者针对ε-FGM开展了探索研究.文献[4-5]制作了径向介电常数呈U型分布的盆式绝缘子，并进行了实验，有效降低了高、低压电极交界面处的场强；文献[6]综合考虑绝缘子高压端优化区域尺寸与介电常数取值得到优化的介电常数分布，降低了三结合点处场强，提高了击穿电压；文献[7]为降低三结合点处场强，对不同的介电常数递减方案进行了对比，结果表明，径向介电常数分布先线性递减后保持为常数的分布方案，其电场优化效果最佳；文献[8]采用一种逐次逼近算法对盘式、盆式、台式等式样绝缘子的参数分布进行了优化，研究了缩减系数、叠层数以及ε调节范围等参数对优化效果的影响；文献[9]引入了拓扑优化的概念，对台式绝缘子二维空间中介电常数分布进行优化时，最大介电常数取100时，三结合点处场强降幅达到42%；文献[10]将台式绝缘子划分成不同的三角形区域，采用权重线性递减粒子群算法对ε-FGM台式绝缘子各个区域介电常数的取值进行优化，电场利用因子从0.39提高到0.61.目前，盆式绝缘子介电常数分布的有效优化算法仍较少.本文基于ANSYS与MATLAB联合仿真，提出了一种通用的绝缘子介电常数分布全局优化算法，详细介绍了算法的实现流程，分析了步长大小、分层数量对优化效果的影响，完成了介电常数分布的优化设计.1 优化原理1.1 介电功能梯度材料功能梯度材料是在物料特性确定的前提下，通过材料组成的渐变，如调节不同区域填充材料的体积百分数，带来材料性能的梯度变化，进而实现多种特殊功能，如应力缓和、生物相容、能量调控等的先进材料[11].目前，介电功能梯度材料通常采用离心铸造法、3D打印、叠层法等进行制备[12].采用熔融堆积成形3D打印工艺，通过逐点或逐层地累积形成制件.日本名古屋大学已制造出旋转轴垂直方向上介电常数呈U形分布的FGM，介电常数的区间范围分别为3.8～12.0、5.1～8.6等，其原理如图1所示.通过调节离心力的大小、作用时间、填充颗粒(TiO2、SiO2、Al2O3等)，可在离心力方向上得到所需的介电常数分布.图1 介电功能梯度材料的制备Fig.1 Preparation of ε-FGM spacer1.2 喇叭形结构电介质电场分布设平行平板电极间有两种不同介电常数的电介质，如图2所示.图2 电场强度折射规律Fig.2 Refraction law for electric stress图2中,ε1和ε2分别为分界面左右介质的介电常数；E1、E2分别为介质分界面两侧的电场强度；α1为E1与分界面垂线的夹角;α2为E2与分界面垂线的夹角.由于介质分界面上不存在自由电荷，则分界面两侧的电通密度D的法向分量连续，分界面两侧的电场强度E的切向分量连续[13]：D2n=D1n(1)E1t=E2t(2)式中:D1n、D2n为分界面两侧电通密度D的法向分量；E1t、E2t为分界面两侧电场强度E的切向分量.由于D1=ε1E1和D2=ε2E2，根据式(1)、式(2)可以得到E1sin α1=E2sin α2、ε1E1cos α1=ε2E2cos α2，两式相除，可得(3)盆式绝缘子为同轴电极结构，电场分布也有类似的规律.当盆式绝缘子与SF6的交界面不与电极表面垂直时，位于介质交界面与电极表面夹角<90°的一侧，介电常数较小的介质中等位线出现压缩现象，电场强度较高[1].盆式绝缘子为喇叭形结构电介质，其沿面电场优化原理与同轴圆柱体电介质的电场优化原理类似.将盆式绝缘子沿旋转轴方向划分成不同的同轴圆柱体(可近似看作同轴电极结构)，其轴向剖面图如图3(a)所示.其中，区域B1、B2、…、B5，C1、C2、…、C5的介电常数固定不变，区域A1、A2、…、A7的介电常数可调.对于第i层同轴圆柱体，其径向剖面图如图3(b)所示.通过调节区域Ai的介电常数分布来优化该电介质沿面电场分布，区域Ai的介电常数分布可通过调节区域Mi1、Mi2、Mi3的介电常数来实现.在由m层电介质串联而成的同轴圆柱体中，施加以交流电压U，在半径rn处第n层绝缘上分得的最大场强为[14]：(4)易知，ε1r1E1,max =ε2r2E2,max=···=εnrnEn,max(5)因此，整个喇叭形结构电介质的沿面电场分布优化可通过调控电介质径向介电常数分布来实现.在原强电场区用介电常数较大的电介质，弱电场区用介电常数较小的电介质，可使电场分布改善.(a)轴向剖面图(b)径向剖面图图3 盆式绝缘子剖面图Fig.3 Sectional view for ε-FGM spacer2 仿真模型工程中盆式绝缘子形状各异，受电压等级等影响，无统一的模型和尺寸，为便于比较分析，参照国内外相关参数，考虑到盆式绝缘子为轴对称结构，以其轴向截面为研究对象，忽略法兰、密封槽、屏蔽环等的影响，本文建立了FGM盆式绝缘子简化仿真模型，如图4所示[5,7].高压导体半径40 mm，盆式绝缘子最大半径100 mm，轴向厚度30 mm.图4 介电功能梯度材料盆式绝缘子仿真模型Fig.4 Simulation model of ε-FGM spacer运用有限元分析软件ANSYS 16.0进行电场数值计算时[15]，建立模型、设置材料属性、网格剖分、设置载荷，最后求解并进行相应的后处理.模型中盆式绝缘子沿径向均匀分成N层(N分别取为10、20、40)，每层绝缘子的介电常数可以在一定范围内变化.SF6环境所在区域的介电常数设置为1.0.考虑到工程实际，盆式绝缘子各层介电常数最小值设定为4.0，最大值由仿真计算决定.本文采用ANSYS参数化设计语言APDL编写程序，在ANSYS中给模型添加轴对称属性，以区别于二维模型.模型单元类型选用PLANE121单元，为8节点、2D、自由度为电场分析单元.网格划分采用用户控制的剖分方法：盆式绝缘子单元大小为0.75 mm，形状为四边形，映射网格划分；SF6环境单元大小为1.5 mm，形状为三角形，自由网格划分.在工频及雷电冲击电压下，电极间电压随时间的变化比较缓慢，极间的绝缘距离比电磁波的波长小得多，介质电场可采用准静态近似，若进一步忽略电导的影响，则可将介质电场等效为静电场[8].将载荷施加在高、低压端的线段上，高压端施加电压为100 kV，低压端施加电压为零.盆式绝缘子上、下表面场强分布如图5所示.径向距离/mm图5 匀质盆式绝缘子沿面电场分布Fig.5 Electric field distribution along spacer surface for homogeneous material由图5可知，当径向距离为40～55 mm时，上表面电场强度高于下表面，盆式绝缘子上表面三结合点处(高压端-绝缘子-SF6环境)场强最大值为6 122.0 V/mm；径向距离为55～100 mm时，盆式绝缘子下表面电场强度略高于上表面，盆式绝缘子下表面场强最大值在低压端三结合点处取得，场强大小为2 545.64 V/mm.将盆式绝缘子沿径向均匀分为20层，各分层沿面最大场强分布呈不规则U形.3 优化流程盆式绝缘子表面电场畸变和局部电场集中是引起盆式绝缘子闪络的主要原因.本文以降低ε-FGM盆式绝缘子沿面最大场强Ef.max，提高绝缘子上、下表面电场分布均匀度为优化目标，以绝缘子各分层介电常数的取值为优化变量，通过对绝缘子沿面最大场强所在位置的识别，更新介电常数分布.整个优化过程采用MATLAB与ANSYS联合仿真来实现：1)MATLAB命令调用ANSYS运行.MATLAB调用ANSYS运行的命令如下[16]：!D:\ ANSYS\ANSYSInc\v160\ANSYS\bin\winx64\ansys16 0.exe-p ane3fl -dir “F:\Program Files” -j “basin-type” -s read -l en-us -b -i “F:\Program Files\main.txt” -o“F:\Program Files\ROCORD.txt”.其中，-p表示指定license，ane3fl表明采用的license为ANSYS Multiphysics；-b表示采用ANSYS batch模式；-j 表示job名称，命名为basin-type；-i表示输入文件，此处为main.txt文本；-o表示输出文件.此外，ANSYS与MATLAB之间还通过存储介电常数分布的文本dielectric.txt、上表面场强分布的文本upper.txt、下表面电场分布的文本lower.txt进行数据交换.2)介电常数分布优化模块.由软件MATLAB判断出盆式绝缘子沿面路径上最大场强Ef.max所在的位置(绝缘子第i层)，将该层绝缘子的介电常数增加一个步长Δε，不断循环上述操作至最大迭代次数.介电常数优化过程中，软件MATLAB完成盆式绝缘子各分层沿面最大场强的提取与比较、介电常数分布的更新以及沿面最大场强的记录工作，供后续使用.3)盆式绝缘子电场计算模块.MATLAB命令调用ANSYS以后台执行模式运行，执行相同路径下的命令文件main.txt，完成ε-FGM盆式绝缘子电场数值计算.执行过程中未启动GUI界面，可以缩短运算时间.此外，ANSYS还参与介电常数分布数据的读取、绝缘子上下表面电场分布数据的写出.ε-FGM盆式绝缘子介电常数整体优化流程如图6所示.图6 介电常数优化流程Fig.6 Flowchart for permittivity optimization4 结果分析4.1 步长大小为研究步长大小对优化结果的影响，Δε分别取2.0、1.0、0.5、0.2.算法迭代次数应能保证Ef.max收敛，以及不同步长Δε下介电常数的改变总量相同(假设Δε取0.2时，算法迭代400次，介电常数变化总量为80；当则Δε为0.5时，算法迭代160次；其他情况以此类推).不同步长下ε-FGM盆式绝缘子沿面最大场强Ef.max随迭代次数的变化如图7所示.由图7可知，当步长Δε较大时，随着迭代次数的增加，Ef.max虽整体呈现下降趋势，但在迭代过程中出现较大的波动.优化仿真过程中，第i层绝缘子可能会出现介电常数过度优化的问题，最终得到的介电常数分布与最优分布有较大偏差.减小步长Δε的取值，Ef.max迭代曲线较为平滑.且随着步长的减小，介电常数的改变总量有所增加，介电常数分布更加接近最优分布，不同步长Δε下介电常数分布的优化结果如表1所示.迭代次数(a)Δε=2.0迭代次数(b)Δε=1.0迭代次数(c)Δε=0.5迭代次数(d)Δε=0.2图7 不同步长下最大场强随迭代次数的变化Fig.7 Variation of maximum field strength with the number of iterations under different steps表1 不同步长下介电常数分布表Tab.1 Permittivity distribution versus step length分层序号步长△ε0.20.51.02.0取值区间142.643.037.036.0[36.0,42.6]211.411.510.010.0[10.0,11.5]37.67.57.06.0[6.0,7 .6]45.86.05.06.0[5.0,6.0]54.85.04.04.0[4.0,5.0]64.04.04.04.0[4.0,4.0]74.04.04.0 4.0[4.0,4.0]84.44.54.04.0[4.0,4.5]95.86.05.06.0[5.0,6.0]1012.813.011.010.0[10 .0,13.0]不同步长下Ef.max分别在第26次、第52次、第130次、第317次迭代时取得最小值，优化结果如表2所示.表2 不同步长下沿面最大场强优化结果Tab.2 Maximum electric stress versus step length步长△ε最大电场强度/(V·mm-1)降低幅度/%0.22 077.666.10.52 100.165.71.02 161.664.72.02 287.962.6不同步长下Ef.max降低幅度均达到60%以上，步长越小，优化效果越佳.当步长过小时，迭代次数、仿真时间也要相应地增加.在保证优化效果的前提下为了增加优化效率，后续优化计算中步长Δε的取值固定为0.5.4.2 分层数量将盆式绝缘子沿径向均匀分为10层、20层、40层，研究分层数量对优化结果的影响.在研究步长大小对优化效果的影响时，介电常数的改变总量由迭代次数决定，而在研究分层数量对优化结果的影响时，分层数量决定了介电常数的改变总量.此时，由于步长Δε是固定的，迭代次数随分层数量的增加而增加.例如，绝缘子模型分10层时，迭代160次；模型分为20层、40层时，迭代次数分别为320次、640次.不同分层下ε-FGM盆式绝缘子径向介电常数分布结果如图8所示.随着盆式绝缘子分层数量的增加，其径向介电常数分布更加平滑，高压端绝缘子介电常数的取值也越大.径向介电常数分布呈现不规则的U形，与图5中盆式绝缘子各分层Ef.max的分布相似，证明了优化结果的合理性.不同分层数目下，盆式绝缘子上、下表面电场分布的优化结果如图9所示.分层序号 (a) 10层分层序号 (b)20层分层序号 (c)40层图8 不同分层下绝缘子径向介电常数分布Fig.8 Permittivity distribution versus layer number由图9可知，随着分层数量的增加，Ef.max的降幅增大，沿面电场分布的波动不断减小，介电常数分界面上电场集中现象得到改善.当分层数量分别为0层、20层、40层时，对应沿面最大场强分别为2 100.1 V/mm、1 893.6 V/mm、1 807.9V/mm.4.3 电场分布选择分层数量为40层的ε-FGM盆式绝缘子，将其沿面电场分布与匀质盆式绝缘子相比较，结果分别如图10、图11所示.径向距离/mm (a)10层径向距离/mm(b)20层径向距离/mm (c)40层图9 不同分层下盆式绝缘子沿面电场分布Fig.9 Electric field distribution along spacer surface versus layer number(a)匀质材料(b) ε-FGM图10 电场分布云图Fig.10 Contour of electric field distribution径向距离/mm (a)上表面径向距离/mm (b)下表面图11 盆式绝缘子沿面电场分布比较Fig.11 Comparison of electric field distribution along spacer surface与匀质绝缘子相比较，介电功能梯度材料绝缘子沿面最大场强从6 122.0 V/mm 降低到1 807.9 V/mm，降幅达70.5%.ε-FGM盆式绝缘子三结合点处的电场增强效应被整体的电场平均效应抵消，场强集中区域从高、低压端三结合点处往盆式绝缘子中部转移.现有盆式绝缘子设计过程中，沿面电场控制值位于数千伏/毫米至十千伏/毫米区间范围，取决于电压类型、电压等级、SF6气体压强[17].采用ε-FGM 可有效提高盆式绝缘子可靠性.定义盆式绝缘子沿面场强平均值与最大值的比值为沿面电场利用率，统计结果如表3所示.优化后的ε-FGM盆式绝缘子上、下表面电场利用率均达到0.75以上，电场畸变严重的上表面电场利用率从0.24提高到0.77，盆式绝缘子沿面电场分布的均匀度显著升高.表3 盆式绝缘子电场利用率Tab.3 Utilization rate of the electric stress for spacer绝缘子类型电场利用率上表面下表面匀质盆式绝缘子0.240.56ε-FGM盆式绝缘子0.770.785 结论本文将同轴圆柱体结构电介质的电场分布优化方法推广到喇叭形结构电介质，通过APDL语言，实现MATLAB与ANSYS联合仿真，提出了一种介电常数分布全局优化算法，涉及变量少、优化效率高，针对性强.通过对ε-FGM盆式绝缘子径向介电常数分布进行优化研究，得到如下结论：1)步长较小时，盆式绝缘子沿面最大场强随迭代次数变化的波动减小，避免单层绝缘子介电常数出现过度优化的问题，径向介电常数分布将趋于最优分布.较小的步长会增加介电常数改变总量，算法迭代次数相应增加.2)盆式绝缘子分层数量越多，高压端绝缘子介电常数的取值越大，介电常数分布越平滑；随着分层数量的增加，绝缘子沿面电场分布波动减小，沿面最大场强降低幅度增大，最大降幅达到70.5%.3)优化后的ε-FGM盆式绝缘子场强集中区域从高、低压端三结合点处往绝缘子中部转移，电场畸变严重的上表面电场利用率从0.24提高到0.77.参考文献【相关文献】[1] 杜进桥,张施令,李乃一,等.特高压交流盆式绝缘子电场分布计算及屏蔽罩结构优化[J].高电压技术,2013,39(12):3037-3043.DU J Q,ZHANG S L,LI N Y,et al.Electric field distribution calculation and shielding electrode structure optimization of UHVAC basin-type insulator[J].High VoltageEngineering,2013,39(12): 3037-3043.(In Chinese)[2] 刘洪正.高压组合电器[M].北京: 中国电力出版社,2014: 194 -196.LIU H Z.High voltage combiner[M].Beijing:China Power Press,2014: 194 -196.(In Chinese) [3] 闫晓磊,钟志华,查云飞,等.功能梯度材料飞轮转子优化设计[J].机械工程学报,2011,47(2): 72-73. 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1100kV交流特高压GIS用盆式绝缘子的质量提升摘要：这些年来，很多条特高压线路已经开始投入运行。

作为主设备之一的特高压GIS得到了广泛应用。

但是由于缺少基础理论研究及生产实践经验，特高压GIS用盆式绝缘子在运行中暴露出一些问题。

本文介绍了制造厂工作中开展的盆式绝缘子质量提升活动，论述了设备监理在提升特高压设备质量中的重要作用。

关键词：特高压；GIS；设备监控随着特高压交流工程建设规模不断扩大，盆式绝缘子的使用量大幅增加，2013年投运的皖电东送淮南至上海特高压交流输电工程采用33个间隔特高压GIS，共计约2400支特高压盆式绝缘子。

盆式绝缘子质量水平对特高压GIS和电网运行安全的影响十分突出，本文就此进行相关方面的论述研究。

一、相关某制造厂的调研在国内首条特高压交流输电工程晋东南至南阳至荆门试验示范输电工程中，使用的盆式绝缘子为日本东芝、日本AE Power和瑞士ABB公司的产品。

在引进国外先进技术的基础上，通过消化吸收再创新，国内主要特高压GIS制造厂家平高电气、西开电气和新东北电气已经初步具备了特高压GIS盆式绝缘子的设计制造能力，并在试验示范工程扩建工程中得到了应用，积累了一定生产经验。

为全面掌握国内各制造厂的盆式绝缘子的生产制造能力和质量控制水平，提升国产特高压盆式绝缘子质量，GIS监理项目部通过咨询各制造厂家开展了全面系统的调研工作。

下面是本生产工厂产生的生产流程等：1.1生产流程首先对中心嵌件进行表面处理，包括喷砂、超声清洗等。

处理后将嵌件装入内表面洁净的模具内，待模具安装固定后进行预热，达到一定温度方可进行浇注。

浇注完成后，置于固化炉中依次进行一次固化，脱模及二次固化，最后对表面进一步打磨抛光等处理。

特高压GIS用盆式绝缘子主要的生产工艺流程与低电压等级大致相同，然而其对电、热、机械性能都要求更高，需要在改进原料和配方体系的基础上，对很多工艺细节做出改进。

1.2质量检查步骤为了控制盆式绝缘子出厂前的质量，各制造厂均有自己的厂内质量检查程序。

GIS盆式绝缘子用环氧树脂绝缘特性提升方案研究王俊浩;李永军;李小虎;刘井东;程泉栋;张世豪;张炜宽【期刊名称】《电力学报》【年(卷),期】2022(37)1【摘要】盆式绝缘子是以环氧树脂为主绝缘材料的绝缘器件,在气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation,GIS)内起到绝缘和支撑的作用,其绝缘寿命对GIS的稳定运行起到关键作用。

目前GIS内常见的故障类型主要是由盆式绝缘子的绝缘问题引起的,因此提高盆式绝缘子的整体绝缘性能有助于保障GIS安全可靠运行。

首先使用Solid⁃Works建立盆式绝缘子的三维模型,使用Comsol仿真软件建立盆式绝缘子有限元分析模型,利用此模型分别对完好以及有气隙缺陷的盆式绝缘子施加110 kV、220 kV、330 kV电压并进行有限元分析计算,研究其内部电势及场强分布;最终得出对盆式绝缘子加压时的电势以及电场强度分布。

之后,向环氧树脂颗粒内填充不同含量的纳米Al_(2)O_(3),制备出纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料,测量不同填充比例下的复合材料绝缘特性参数。

仿真结果表明,在中间嵌件与环氧树脂浇注件的连接处电势以及电场强度均较大,尤其是连接处与空气接触部分,由于此处较尖锐,会发生电荷聚集情况,使得这个位置的电场强度分布产生畸变,从而导致材料的老化过程加速;同时,当纳米Al_(2)O_(3)粒子填充含量(质量分数)为1.5%时,复合试样的相对介电常数、介损值相较于纯环氧树脂均显著降低,其中介电常数减小了17.1%,介质损耗角正切值减小了47.6%。

微量纳米Al_(2)O_(3)共混能显著提高复合材料的介电性能,研究结果可为改善盆式绝缘子的制备工艺及延长其使用寿命提供设计参考。

【总页数】8页(P26-33)【作者】王俊浩;李永军;李小虎;刘井东;程泉栋;张世豪;张炜宽【作者单位】华北水利水电大学;中建七局安装工程有限公司【正文语种】中文【中图分类】TM213【相关文献】1.GIS盆式绝缘子作为缝隙天线的暂态电磁辐射特性研究2.GIS用盆式绝缘子绝缘能力提升研究3.126 kV GIS盆式绝缘子局部放电特性的研究与工程应用4.结构缺陷下GIS盆式绝缘子应力分布特性研究5.GIS盆式绝缘子结构对局部放电特高频信号泄漏特性的影响研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

核电厂220 kV GIS盆式绝缘子缺陷及处理分析摘要：核电站220 kV GIS盆式绝缘子在运行过程中，经常会面临气体泄露问题的产生，针对这种现象，首先需要对漏气气室进行全面检查，然后明确盆式绝缘子缺陷问题产生的原因，缺陷问题进行有效处理，从而才能在根本上对缺陷问题进行解决。

本文主要针对核电站220 kV GIS盆式绝缘子缺陷产生的原因进行了深入分析，并结合实际情况提出了一些有效的处理措施，希望能为相关人员提供合理的参考依据。

关键词：核电厂；220kVGIS；盆式绝缘子；缺陷；处理措施在GIS中，盆式绝缘子属于其中非常重要的核心部件，主要是由环氧树脂浇筑而成，可以起到电气绝缘、机械支撑以及气室隔离等重要作用。

因为绝缘子气固界面电厂分布不够均匀，所以在沿面经常会面临闪络故障问题的产生，这不仅会影响到高压气体绝缘设备，同时也会降低电力系统安全性与稳定性。

因此，加强盆式绝缘子缺陷研究工作，有助于维护GIS设备运行安全性与可靠性，同时对于改善设备结构有着非常重要的作用。

1.案例分析本文针对某核电厂机组运行状态进行分析，220 kV GIS作为非常重要的备用电源，在主变压器发生失电现象时，厂内负荷主要是由220 kV GIS进行供电。

然而，该核电厂机组运行阶段中，主控制室触发气体密度计压力低报警，工作人员对现场实际情况进行全面检查，主母线地刀气室气体密度压力为0.35MPa，已经到了报警压力值。

在现场检查工作中发现G31气室B相母线地刀与主母线室相邻法兰的固定螺栓位置处存在漏点现象，并且在漏气的位置处，螺栓与固定螺栓安装方法之间具有一定的差异。

当气体压力降低之后，会直接触发分、合闸闭锁，最终影响到设备运行过程中的稳定性。

2.解体检查问题明确问题产生的原因，在维修期间面对气室开展了解体检查工作，先将G31当中的气体进行回收，然后将G31气体与上部电压互感器吊开，在此基础上对气室开展严格的检查工作。

结合最终的检查结果来看，密封圈没有出现老化以及破损等现象，但是，盆式绝缘子漏气螺栓孔的位置，出现了长度大约为5cm的裂纹，在漏气螺栓孔的内部，因为疏导雨水侵蚀的影响，所以出现了比较严重的腐蚀问题。

1工程概述某电站安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组，单机容量（发电工况）300MW，总装机容量1200MW，以一回500kV 电压等级并入电网。

担负电网的调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用等任务。

电站枢纽建筑物包括上库、下库、引水系统、厂房洞室群及500kV 地面开关站与副厂房等。

电站500kV GIS 由地下和地上两部分组成，以两回500kV 交联聚乙烯高压电缆连接，所用500kV 干式电缆终端为国内首次使用。

地上GIS 以一回出线与出线平台设备相连，预留一回出线。

GIS 设备包括管母线、断路器、隔离刀闸、接地刀闸、快速接地刀闸、避雷器、电容式电压互感器、出线SF 6-空气套管等。

设备型号为ZF15－550，额定电压550kV，额定电流4000A，是国内首套应用于抽水蓄能电站的GIS 设备。

2设备技术参数设备型号：ZF15-550额定电压：550kV 额定频率：50Hz 额定电流：4000A额定短时耐受电流(有效值)：63kA 额定短路持续时间：3s 额定峰值耐受电流：171kA SF 6年漏气率：小于0.5%断路器气室SF 6气体额定压力：0.60MPa 其他气室SF 6气体额定压力：0.4MPa3故障过程该电站GIS 设备于2009年4月30日14：16开始带电试运行，未带负载，5月1日下午19：34分，1号/2号主变间隔50013隔离开关B 相气室内部发生对地放电故障，查得放电短路电流约15kA，故障发生后，我厂500kV 短线保护未动作，140ms 后线路对侧开关跳闸。

故障后现场检查有明显漏气声。

故障140ms 后对侧变电站接地距离二段动作切除故障。

经过现场检查发现，故障发生后该电站短线差动保护A、B 套均未动作，控制面板上无任何动作信号及报警信号，主变A、B 套复压过流保护、主变零序Ⅰ、Ⅱ段保护启动报警灯亮，无出口信号。

5月2日晚，厂家技术人员赶到现场并对故障部位进行解体检查，发现气室内有大量的粉尘和分第39卷第3期水电站机电技术Vol.39No.32016年03月Mechanical &Electrical Technique of Hydropower StationMar.2016收稿日期：2015-12-16作者简介：刘平（1976-），男，工程师，从事机电设备运行与检修业务管理工作。

800kV盆式绝缘子绝缘性能及机械性能分析<em>打开文本图片集盆式绝缘子是GIS的重要组成元件，本文通过有限元分析方法，对800kV盆式绝缘子绝缘性能和机械性能进行分析计算，计算结果表明其具有良好的绝缘性能及机械性能，并通过型式试验验证了这一结论。

盆式绝缘子；绝缘性能；机械性能；型式试验1.前言气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）是本世纪60年代出现的电器装置，由于其具有占地面积小，运行不受外界不利环境的影响，安装周期短，检修周期长等优点，它的发展已经越来越受到国内外电力部门的重视[1]。

盆式绝缘子是GIS的重要组成元件，具有隔离气室，支撑导体等作用。

盆式绝缘子的设计要通过对沿面形状的优化来满足其绝缘性能和机械性能的要求。

本文运用有限元分析方法，对800kV盆式绝缘子绝缘性能及机械性能进行了详细地分析计算。

2.800kV盆式绝缘子绝缘性能分析GIS系统中通常使用由环氧或浇注树脂构成的绝缘子，沿绝缘子表面的击穿电压通常比高压气体中的低，因此，盆式绝缘子需要通过优化设计来实现沿面电场分布的均匀性。

式中K为总刚度矩阵；φ为节点电位矩阵。

考虑到绝缘子长期运行电压为工频耐受电压，因此，计算时高电位侧计算电压取工频耐受电压峰值kV。

2.2SF6气体间隙及沿面绝缘的工程击穿场强基准值。

SF6电器设备中主要为稍不均匀电场，当间隙内最大场强达到某一击穿场强Ebt时，间隙即被击穿，类似地，当SF6沿面绝缘结构中最大场强达到某一数值Eft时发生沿面闪络[2]。

800kV 母线用盆式绝缘子额定压力为0.36MPa，综合很多试验数据得出该压力工频电压下SF6气体间隙及沿面绝缘的工程击穿场强基准值见表1所示。

2.3800kV盆式绝缘子绝缘性能计算结果。

800kV盆式绝缘子结构最大电场强度值为157.4kV/cm，出现在盆式绝缘子凹侧沿面对应的屏蔽罩上，小于场强基准值198kV/cm。

盆子凸侧沿面电场强度最大值为104.5kV/cm，凹侧沿面电场强度最大值为94.73kV/cm，均小于119.5kV/cm。

盆式绝缘子力学性能方面的研究分析摘要：为了对252kV盆式绝缘子的力学性能进行研究，本文对盆式绝缘子进行重复水压试验，利用电阻应变测量技术实测其变形情况。

研究发现，重复加载的压力值在3.0MPa以内，盆式绝缘子的应变变化与受到的外力呈线性，且却载后盆式绝缘子可恢复到初始状态;根据实测结果分析盆式绝缘子凹面受到压力作用时凸面的应力分布规律，弧线段末端为应力集中区域;盆式绝缘子的应变是外加载荷和内应力的共同作用，内应力过大对盆式绝缘子整体的强度有一定影响。

关键词：盆式绝缘子:力学性能:应力应变:水压试验引言近年来，因力学性能欠佳造成的破裂故障时有发生，严重影响GIS的整体运行，极易造成变电站运行安全事故。

ts-910盆式绝缘子安装于中心导体和壳体之间，承受着部分中心导体重量;同时承受着高压SF6气体产生的压强;组装、检修等工况下盆式绝缘子可能仅单面受压，其两边的气体压力差远大于正常运行时的压力;各种复杂的受力情况加之制造过程中产生的残留应力，多种因素的共同作用容易导致盆式绝缘子变形甚至破裂。

盆式绝缘子结构不同于常见的简单构件，受力时内部应力也较复杂，研究盆式绝缘子上的应力分布规律有利于找出结构设计的薄弱部位，从而改善优化盆式绝缘子结构。

1测试系统1.1水压试验选用252kV电压等级的盆式绝缘子，安装时盆式绝缘子凹面向下，外法兰固定在工装上。

盆式绝缘子凹面及工装底座内部注满水，采用加压装置以不超过400kPa/min的速率均匀升压。

盆式绝缘子设计压力为0.75MPa，例行水压试验中，用水泵加压至设计压力的两倍((1.5MPa)并保压一段时间，合格的盆式绝缘子应保持不破。

水压破坏试验中，对盆式绝缘子匀速缓慢升压直至破坏，破坏瞬间水泵顶端水压表的读数即为盆式绝缘子的破坏强度。

1.2应变测量方法试验用到BX120-SAA型号的单向电阻应变片及BX120-SBA型号的直角双向电阻应变片，初始电阻值均为120Ω。