110kVSF6气体绝缘三相共箱式电压互感器三维电场分析.pdf

高压电器 1IOkVSF6气体绝缘三相共箱式电压互感器 三维电场分析 狄谦1，钟建英2，是艳杰1 00192； (1．中国电力科学研究院，北京市海淀区1 2．河南平高电气股份有限公司，河南省平顶山市467001) 摘要：建立了110kVSF6气体绝缘三相共箱式电压互感器三维电场分析的有限元模型。针对实际结构的复杂 性，应用疏密网格、控制网格密度以及重新分网等分网方式提高网格质量，保证计算结果的精确度。考虑到 大型稀疏矩阵方程组迭代收敛以及收敛速度快慢，通过几种求解方法的比较：选用不完全乔类斯基共轭梯度 (incompletecholesky—conjugategradient，ICCG)算法进行大型有限元方程组的求解。本文对SF6气体绝缘 电压互感器主绝缘性能进行了计算与分析，获得了其内部的电位和电场强度的分布，为该产品的设计提供了 理论依据。 关键词：电压互感器；三维电场；有限元 1引言 式提高网格质量，选用不完全乔类斯基共轭 梯度(incompletecholesky—conjugategradient，’ 近年来，随着SF6封闭式组合电器(GIS) ICCO)求解大型稀疏矩阵，其特点是迭代次数 的迅猛发展，与其配套的SF6气体绝缘电压 少，收敛快。最后，结合已有的放电理论和 互感器的需求量也在快速增长。该产品的设 相应的试验验证，对该结构进行了绝缘考核。 计和生产技术也在不断完善。同时，为了适 应我国城市电网GIS设备三相共箱技术的推 2分析模型 进，SF6气体绝缘共箱式电压互感器的发展也 将电压互感器主绝缘问题归结为对它的 是必然的趋势。共箱式电压互感器其内部相 数学模型的研究。静电场计算区域无电荷分 与相，相与地之间的主绝缘问题也就变得异 常突出。主绝缘为相与相之间高压端对对低 布，即P=0，所以数学模型的研究转化为求 压端的绝缘以及每相中高压绕组及高压引线 解相应的拉普拉斯方程。如用电位函数 对铁心或接地部分和对其它绕组的绝缘，绕 组端部和铁心之间既非平面电场也非轴对称 妒=e(x，y，z)来描述场的分布，本文电场问 电场，它们之间是一个极不均匀的电场，再 题的求解归结为如下的边值问题 加之其间的绝缘是由导线绝缘、点胶膜纸和 SF6气体等几种介电常数不同的介质构成，所 以是一个复合介质场。复合介质场中，电力 V2缈=0 (1) 线穿过不同介质时会产生折射，使电场异常 乩=Z(p) 复杂。因此，采用简单的解析法计算端部电 娶l：五(p) 场几乎是不可能的。随着现代计算手段的不 孤I，2““7 断提高，现在解决三维空间的电场分布问题 已经变得不是很困难。但是对于一个实际产 式中S，是为第一，二类边界，通常边 品由于其结构复杂性，往往会遇到计算精确 度和剖分尺寸之间相互矛盾的问题。 界是取为齐次第二类边界，式(1)对应的等 本文针对110kVSF6气体绝缘共箱式电 价变分问题为 压互感器，进行三维全场域建模，应用疏密 网格、控制