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电 工 技 术 学 报 2008年5月

下GIS中隔离开关的绝缘性能[9-12]。

特高压GIS中，隔离开关动静触头在开断位置时，静电极为悬浮导体。另外在其他电工设备的电场分析中也会遇到此类问题，如：高压电容式套管和电容分压器的电场问题、合成绝缘子的电场分布问题、复杂截面结构的TEM传输线特性阻抗计算等[13-14]。故寻求悬浮导体问题准确而又高效的计算方法显得尤为重要。本文采用虚拟介电常数法和耦合电压自由度法相结合的方法处理此类问题。

2 特高压GIS中隔离开关电场模型建立与

条件加载

静电场计算的基本方法通常是当电极上加规定电压时，求取电极外部空间的电场。如把电极表面取作边界S，电极以外的空间称作场域，则场域中电位函数满足微分方程[15]

2 =0 （1）

对于导体表面有

式中 U——已知电位

L

=U （2）

L——导体表面边界

在两种电介质的交界面上，应满足

1= 2 （3）

ε1

1

=ε22 （4） n n

(c) 隔离开关触头部位结构

式中 ε1, ε2——交界面上两种不同材料的相对介电

常数

n——交界面的外法线矢量

对于悬浮导体表面有

= x （5）

图1 隔离开关气室模型

Fig.1 Structure of disconnector cabinet

本文选用自由网格剖分，剖分网格由四边体单元和棱锥形单元组成。网格的大小与部件的几何尺寸和几何形状相关。因而本文在剖分中采用不同的参数设置进行网格剖分，这也是为了适应计算数据的分布特点。本文对静电极进行细剖，其周围的SF6气体进行粗剖，如图2a所示。隔离开关气室整体的剖分如图2b所示。

对隔离开关室中接地开关打开，隔离开关分别为闭合和打开时的电场进行分析计算，选择载荷类型为电压。比照在雷电冲击电压下的试验条件，当隔离开关闭合时，隔离开关和接地开关静触头加电压为2 400kV，金属外壳接地，电压为0。当隔离开关打开时，隔离开关动触头和接地开关静触头上加电压2 400kV，隔离开关静触头、接地开关动触头和金属外壳加电压为0。电阻在分析过程中视为导体。

ε1

ds=q （6） n

式中 x——待求的悬浮导体表面电位

q——悬浮导体的表面电荷量

进行电场计算时隔离开关气室的整体结构和内部结构如图1所示。图1a为隔离开关气室外形图，外壳为金属接地边界；图1b为隔离开关气室中各元件示意图，包括动静触头、绝缘支撑、盆型绝缘子、静电极以及特高压等级中用作降低过电压的合闸电阻等；图1c为隔离开关触头部位结构示意图。由图1c所示，静电极由合闸电阻支撑连接在绝缘支撑上，当动静触头处于开断状态时，静电极的电位是悬浮的。