1 100 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備母線機械性能分析
蘇安1,2，庚振新1,2，肖婉秋3，徐建源1,2，林莘1,2
1 沈陽工業大學 電氣工程學院，遼寧 沈陽 110870；
2 遼寧省電網安全運行與監測重點實驗室，遼寧 沈陽 110870；
3 國網沈陽市于洪區供電公司，遼寧 沈陽 110141
摘 要：以1 100 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)母線為研究對象，采用有限元的方法，針對GIS母線在導體對外殼短路、導體懸臂、運輸顛簸三種情況，對支持絕緣子所承受的應力進行計算。對比母線自振頻率，對GIS母線筒在導體安裝偏心導致的偏心電動力與高速風載荷下的振動進行分析。計算結果表明：在現場安裝過程中，因導體支撐不穩導致導體懸臂時，絕緣子根部產生的應力最大，可達到絕緣子許用應力的80%以上，需要特別注意；若GIS母線發生短路故障，考慮殼體電阻對電流的影響，當短路點與接地點均位于殼體正上方時，絕緣子根部嵌件與環氧樹脂的粘接面產生的應力最大，最大值為27.1 MPa，在最大短路電動力的作用下，能保證支持絕緣子機械性能的最佳嵌件半徑為70 mm；在計算條件下，母線在偏心電動力以及高速風載荷的作用下，發生共振的可能性較小。
關鍵詞：氣體絕緣金屬封閉開關設備；支持絕緣子；應力；振動
中圖分類號：TM201.4+1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2015)06-0051-07
Busbar Mechanical Performance Analysis of 1 100 kV Gas Insulated Metal-Enclosed Switchgear
SU An1,2, GENG Zhen-xin1,2, XIAO Wan-qiu3, XU Jian-yuan1,2, LIN Xin1,2
1 School of Electrical Engineering, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China;
2 Liaoning Province Key Lab of Power Grid Safe Operation and Monitoring, Shenyang 110870, China;
3 State Grid Shenyang Yuhong Power Supply Company, Shenyang 110141, China
Abstract: In the case of 1 100 kV gas insulated metal-enclosed switchgear busbar conductor was in short circuit for shell, conductor cantilevered and transportation bumps, the finite element analysis method was adopted to calculate the stress of the support insulator. Comparing with the bus natural frequency of vibration, this paper analyzed the gas insulated metal-enclosed switchgear busbar vibration under the eccentric electric power caused by conductor installation eccentricity and the load of high speed wind. The calculation results show that in the process of onsite installation, the maximum of the stress caused by unstable conductor supporting cantilever, appears at the root of insulator, up to 80% of the admissible stress of insulator. If gas insulated metal-enclosed switchgear busbar short circuit fault occurs, considering the influence of the shell resistance to current, when the short-circuit point and the ground point are directly above the shell, the greatest stress is produced at root of the insulator and the insert epoxy resin adhesive surface, the maximum is 27.1 MPa. The insert radius which has the best mechanical properties of support insulators is 70 mm. Under the condition of this calculation, the busbar in an eccentric electric power and high-speed wind load effect, the possibility of resonance is smaller.
Key words: gas insulated metal-enclosed switchgear; supporting insulator; stress; vibration
參考文獻
[1] 林莘.現代高壓電器技術[M].2版.北京：機械工業出版社，2011.
[2] 黨發寧，李寧，榮廷玉.廣義混合變分原理及其有限元法[J].自然科學進展，2002，12(3)：250-254．
[3] 蔡洙郁，荊洪陽，樊利國.110kV棒形懸式瓷絕緣子結構應力分析[J].絕緣材料，2005，38(4)：32-35.
[4] 趙經文，王宏鈺.結構有限元分析[M].北京：科學出版社，2001．
[5] 林莘，史可鑒，徐建源.特高壓HGIS設備抗震性能分析[J].沈陽工業大學學報，2013，35(2)：121-125．
[6] 俞啟灝，黃永鑄.模態分析在工程振動中的應用[J].北京建筑工程學院學報，2007，23(1)：15-18.
[7] 熊斌.平行有限長載流直導線間的相互作用[J].畢節學院學報：綜合版，2007，25(4)：43-45.
[8] Homma H, Mirley C L, Ronzello J A, et al. Field and laboratory aging of RTV silicone insulator coatings[J].IEEE Transactions on Power Delivery, 2000, 15(4)：1298-1303.
[9] 程志軍.架空輸電線路靜動力特性及風振研究[D].杭州：浙江大學，2000.
[10] 王磊.模態分析在問題解決中的應用[J].企業科技與發展，2010，16(6)：24-26.
[11] 盧啟煌.高聳結構的風振響應研究[D].西安：長安大學，2006.
[12] 華旭剛，陳政清.橋梁風致顫振臨界狀態的全域自動搜索法[J].工程力學，2002，19(2)：68-72.
