隨著高電壓、大電流輸電要求的提出,對(duì)盆式絕緣子運(yùn)行性能需在電-熱-機(jī)多物理場(chǎng)耦合模擬方面進(jìn)行深入分析,并依據(jù)多物理場(chǎng)耦合模擬結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)。首先通過試驗(yàn)獲取了盆式絕緣子本體材料電-熱-機(jī)性能參數(shù)。基于以上試驗(yàn)數(shù)據(jù),提出了電-熱-機(jī)多物理場(chǎng)有限元法計(jì)算方法,該算法流程將介電常數(shù)、介質(zhì)損耗角正切、導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)與溫度非線性關(guān)系考慮進(jìn)單一物理場(chǎng)計(jì)算中,進(jìn)一步建立盆式絕緣子三維有限元模型開展電場(chǎng)、溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的解耦計(jì)算。應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)電-熱-機(jī)多物理耦合場(chǎng)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí),從而實(shí)現(xiàn)盆子最優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)的非線性設(shè)計(jì),獲得盆式絕緣子最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。針對(duì)盆式絕緣子的應(yīng)用結(jié)果表明:電-熱-機(jī)多物理場(chǎng)有限元法計(jì)算方法可有效實(shí)現(xiàn)盆式絕緣子解耦模擬;盆子本體最大電場(chǎng)強(qiáng)度值同樣位于中心導(dǎo)體附近,其最大場(chǎng)強(qiáng)為11.85 kV/mm;6 300 A載流量下最高溫度在中心導(dǎo)體與環(huán)氧材料的界面處其值為97℃,盆子中間部位發(fā)生位移最為顯著且應(yīng)力集中區(qū)域主要出現(xiàn)在盆式絕緣子法蘭側(cè)。該研究結(jié)果可有效指導(dǎo)高電壓等級(jí)盆式絕緣子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),對(duì)于GIS/GIL設(shè)備中盆式絕緣子的故障診斷及其模式識(shí)別具有一定理論指導(dǎo)價(jià)值。 

【文章來源】：高電壓技術(shù). 2020,46(11)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

盆子本體材料SEM觀測(cè)

圖1 盆子本體材料SEM觀測(cè)測(cè)量了盆式絕緣子材料在-50～150℃溫度范圍內(nèi)的溫譜曲線，高壓交流盆式絕緣子運(yùn)行在工頻電壓下，因此測(cè)量中頻率設(shè)定為50 Hz，相對(duì)介電常數(shù)、損耗角正切值與溫度變化關(guān)系示于圖3中。其中將–50～20℃溫度區(qū)間定義為低溫區(qū)，將20～100℃溫度區(qū)間定義為額定運(yùn)行區(qū)，將100～150℃溫度區(qū)間定義為高溫區(qū)。圖3表明：在低溫區(qū)，相對(duì)介電常數(shù)隨溫度的上升而增大，但介質(zhì)損耗角正切隨溫度的上升而下降；額定運(yùn)行區(qū)，相對(duì)介電常數(shù)呈現(xiàn)略微上升趨勢(shì)，而介質(zhì)損耗角正切出現(xiàn)先降低后上升的趨勢(shì)；高溫區(qū)，相對(duì)介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切均劇烈上升，而介質(zhì)損耗角正切隨后表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。圖4中列出了盆子本體材料熱重試驗(yàn)曲線，可見3個(gè)樣品試驗(yàn)曲線基本重合，證明試驗(yàn)曲線具備可重復(fù)性。圖中表明試樣開始分解溫度為300℃，溫度達(dá)到575℃以后不再分解。定量分析表明：加熱過程中分解部分(環(huán)氧)與未分解部分(添加劑)之間的平均質(zhì)量之比為0.38，其中未分解部分主要為前述的Zn O顆粒。

另一方面，對(duì)盆子本體材料以及盆子中心導(dǎo)體進(jìn)行了熱膨脹系數(shù)測(cè)試如圖5所示，對(duì)于盆子本體環(huán)氧和中心導(dǎo)體鋁材分別兩個(gè)試樣，熱膨脹系數(shù)隨溫度變化趨勢(shì)基本一致，且具體數(shù)據(jù)相差不大，因此該試驗(yàn)測(cè)量具有一定的可重復(fù)性。中心導(dǎo)體鋁材在20～160℃溫度范圍內(nèi)基本穩(wěn)定，盆子本體材料熱膨脹系數(shù)曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)在100℃，因此高溫條件下在中心導(dǎo)體與盆子本體材料間由于熱膨脹系數(shù)不同而形成高應(yīng)力區(qū)域。圖4 盆子本體材料熱重試驗(yàn)曲線

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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