一种126k V GIL用盆式绝缘子和支柱绝缘子设计

科学技术创新2020.09
一种126kV GIL 用盆式绝缘子和支柱绝缘子设计
许罗生岳浩磊孙琼
（平高集团有限公司，
河南平顶山467001）GIL 为三相高电压，大电流交流输电设备，
外壳与导体同轴布置，元件封闭在使用SF6气体或SF6和N2作为绝缘介质的
接地壳体内，主要应用在核电站、
水电站、地下管廊等场合，近年来随着城市地下综合管廊建设，GIL 在国内市场将逐步推广应用，市场前景广阔。

GIL 绝缘性能对GIL 质量起到至关重要的作用，本文主要针对126kV GIL 盆式绝缘子和支柱绝缘子结构进
行了研究、分析、设计和仿真计算验证，
保证本设计盆式绝缘子和支柱绝缘子满足使用要求。

1126kV GIL 绝缘子结构设计
根据我公司GIL 产品系列化结构，在吸收国内外先进的GIL 技术基础上，确定了本项目126kV GIL 盆式绝缘子和支柱
绝缘子结构。

主要参数有：额定电压126kV ，额定电流2500A ，
额定工频耐受电压230kV ，额定雷电冲击耐受电压550kV ，额定短时耐受电流40kA ，额定峰值耐受电流100kA 。

1.1盆式绝缘子结构设计
126kV GIL 用盆式绝缘子属于环氧树脂浇注绝缘件，主要
由环氧树脂、中心导体、接地屏蔽、
电连接等组成。

主要参数：出厂试验压力大于1.2MPa ，破坏试验压力≥3倍设计压力，且≥2.4MPa ，局部放电≤3pC ；弯矩5kN*m 。

要求：a.在额定雷电冲击耐受电压550kV 下：环氧树脂表面场强的切向分量不大于11kV/mm ；与SF6接触的金属表面场强不大于24kV/mm 。

b.额定工频相电压有效值133kV 下：环氧树脂内部的合成场强不大于3kV/mm 。

SF6介电常数为1.002；绝缘件介电常数为4.09，闭锁压力0.40MPa ，对盆子中心导体嵌件施加550kV 电压，外壳和盆式绝缘子外周屏蔽环接地，进行电场计算：环氧树脂表面场强的切向分量最大值为10.1kV/mm ；与SF6接触的金属表面场强最大值为21.3kV/mm ；额定工频相电压有效值133kV 下环氧树脂内部的合成场强最大值为2.5kV/mm ，满足设计要求。

根据盆子倾斜角度、中心嵌件形状与密封槽的配合位置等因素，铝弹性模量7.1×1010Pa ，泊松比0.33；环氧树脂弹性模量
5×109Pa ，泊松比0.3；盆子凹面施加边界条件压力，
要求满足：铝屈服极限100MPa ；环氧树脂屈服极限65MPa ；环氧树脂和铝嵌件的粘接强度40MPa 。

在盆子凹面施加2.4MPa 压力，进行机械强度计算：盆子整体最大应力19.4MPa ；环氧树脂最大应力17.6MPa ；粘接面最大应力13.1MPa ；嵌件最大应力19.4MPa 。

在2.4MPa 破坏压力下，盆子最易破损的中部最大应力值为17.6MPa ，远小于许用压力，满足设计要求。

1.2支柱绝缘子结构设计
126kV GIL 支持绝缘子采用三柱式结构，分为固定式和滑动式，均配置微粒捕捉装置。

固定式三支柱绝缘子通过拉板与
壳体紧固。

滑动式三支柱呈三角形布置。

主要参数：轴向额定负载1.4kN ，径向额定负载1.2kN ·m 。

根据最大电动力：Fm=2.04×10-8(Im 2/S)Ka(1+e -Tm/Ta )，式中Im 为三相短路电流初始幅值1.414×40×1000A ；Ka 为直流屏蔽系数0.79；S 为相间距0.5m ；Ta 为直流衰减常数0.045s ；Tm 为最大电动力发生时刻s 。

Tm/Te=2.41，Te 为涡流感应常数，Te=μ0×δ×R K /2ρ，式中μ0为真空磁导率1.25664×10－6T ·m ·A －1；δ为壳体壁厚6mm ；R k 为外壳平均半径0.163m ；ρ为电阻率
3.5×10－8
Ω·m 。

计算得到最大短路电动力Fm=82.4N/m 。

126kV GIL 单元长度16m ，绝缘子最大跨距8m 。

三支柱绝缘
子支撑导电杆抗压时，承受导电杆和自身重力、
电动力。

水平布置时，受力最大即电动力与重力方向一致，此时F=Fg+Fd 。

Fd=82.4*8=659.2N ，Fg=8.4*8*g+5.9*g=716.4N 。

最大压力F ≈
1.38kN ；竖直布置时，电动力方向为三支柱绝缘子径向方向，
不对绝缘子产生压力。

固定三支柱绝缘子最大抗拉工况为承受16m 导电杆和2个支柱绝缘子的重力，最大压力F=8.4*16*g+5.9*g*2≈1.4N 。

考虑最严重的工况确定三支柱绝缘子轴向额定负载1.4kN 。

126kV GIL 用三支柱绝缘子最大跨距为8m ，按最大跨距工况分析弯矩。

三支柱绝缘子支撑导电杆的抗弯工况，等效为固
支梁模型，重力、电动力为均布载荷，
最大弯矩在支座处。

根据结构静力计算手册，最大弯矩:M=q*L2/12,其中q=F/l ，最大受力即
电动力与重力方向一致，q=172.5N/m ；L=1.05*l=8.4，1.05为跨度系数。

计算得到最大弯矩M=1kNom ，在保留一定安全系数，固定三支柱绝缘子径向额定负载1.2kN ·m 。

要求满足：a.在额定雷电冲击耐受电压550kV 下：环氧树脂表面场强的切向分量不大于11kV/mm ；与SF6接触的金属表面场强不大于24kV/mm 。

b.额定工频相电压有效值133kV 下：环氧树脂内部的合成场强不大于3kV/mm 。

SF6介电常数为1.002；绝缘件介电常数为4.09，闭锁压力
0.40MPa ，对支柱绝缘子中心导体嵌件施加550kV 的电压，
外壳和安装用嵌件和微粒捕捉装置等接地，
对电场进行计算分析：环氧树脂表面场强的切向分量最大值为8.7kV/mm ；
与SF6接触的金属表面场强最大值为18.5kV/mm ；额定工频相电压有效值133kV 下环氧树脂内部的合成场强最大值为2.7kV/mm ，满足设计要求。

根据支柱绝缘子在竖井、斜井等工况下的受力情况，
按照最苛刻条件进行机械强度仿真计算分析，
支柱绝缘子摘要：GIL 作为新型的电力传输设备，目前已经在高压输电领域广泛应用，
是我国电网建设主要设备，需保证GIL 设备安全可靠。

GIL 性能主要取决于其绝缘件的性能，
本文就126kV GIL 盆式绝缘子和支柱绝缘子进行了结构设计和仿真计算，并通过试验验证了设计合理性。

关键词：GIL ；盆式绝缘子；支柱绝缘子；结构设计中图分类号:TM216文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2020)09-0158-02（转下页）158--
2020.09科学技术创新加载边界条件压力，要求满足：铝屈服极限100MPa ；环氧树脂屈
服极限65MPa ；环氧树脂和铝嵌件的粘接强度40MPa 。

对支柱绝缘子施加3倍轴向荷载4200N 时，进行机械强度分析计算：支柱绝缘子整体承受最大应力39.5MPa ，绝缘子树脂承受最大应力14.9MPa ，绝缘子粘接面承受最大应力14.9MPa ，绝缘子嵌件承受最大应力39.5MPa 。

对支柱绝缘子施加3倍径向荷载3600N ·m 时，进行机械强度分析计算：支柱绝缘子整体承受最大应力3.9MPa ，绝缘子树脂承受最大应力1.32MPa ，绝缘子粘接面承受最大应力1.32MPa ，绝缘子嵌件承受最大应力3.9MPa 。

计算结果表明，对支柱绝缘子施加额定载荷时，
其相关部位承受的最大应力小于许用压力值，
满足设计要求。

2试验验证
为了进一步验证绝缘子结构设计合理性，对盆式绝缘子进行了冷热循环、抗弯试验和电气性能等14项型式试验；对三支
柱绝缘子进行了冷热冲击、
抗弯试验和电气性能等7项型式试验，试验全部通过，验证了设计的合理性和正确性。

3结论
通过本项目126kV GIL 盆式绝缘子和三支柱绝缘子的分
析、设计、计算和试验表明：
本次设计的126kV GIL 盆式绝缘子和三支柱绝缘子性能优异，完全满足使用要求，
为我公司126kV GIL 产品赢得市场先机，为开拓市场打下良好基础。

参考文献
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[2]鲁加明,周振华,曹伟伟.GIL 用三柱式支撑绝缘子结构设计[J].机械设计与制造,2014.
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[5]徐国政,张节容,钱家骊,黄瑜珑.高压断路器原理和应用[M].北京:清华大学出版社,2000.
[6]机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004.
作者简介:许罗生(1980-),男,大学本科,工程师,研究方向为高压电器开发设计。

通用机械设备维护与节能路径浅述
何锋杨飞杨如君曹晋颖刘俊轶
（四川中烟工业有限责任公司成都卷烟厂，
四川成都610000）随着社会的不断发展，科学技术也取得了显著的提升，在各行各业的生产过程当中，信息化技术已经得到了普及应用和推
广，从而有效的提升了企业的生产水平。

而在这样的背景下，
通用机械设备的种类也变得更加的复杂，
而且其数量也在不断的增多。

针对这一现状，我国工业企业应加强通用机械设备的维
护工作，并采取有效的节能路径，
加大对通用机械设备的维护和节能管理重视程度，从而有效的保证生产稳定性。

所因此在企
业发展过程中，相关管理人员应该制定出完善的管理制度，
从而有效地对通用机械设备进行维护和节能处理，确保机械设备能够持续稳定地进行运行。

此外，在具体的维护工作当中还需要配备相应的专业人员，培养人员的专业技能，使维护和保养工
作能够有序的开展，提升设备质量，
并减少通用机械设备能源的消耗。

这样不仅能够提升企业的经济效益，而且还能够节约企
业的资金投入，避免资源浪费现象的发生，使企业的发展更加具有经济效益和社会效益[1]。

1通用机械设备维护和节能管理的必要性通过相关调查我们可以知道，在我国一些中小型企业当中，
对泵、风机、压缩机等进行维护和管理工作时，
相关的维护工作人员并没有对此加以重视，也没有深刻的认识到通用机械设备维护和节能的必要性。

而这也会间接的导致通用机械设备维护
和节能管理工作流于形式，没有真正的落到实处，
无法有效的发挥出维护和节能管理的重要作用。

此外在对通用机械设备进行维护和节能管理的过程当中，一些人员没有将工作任务进行合理的分配，而且缺少专业知识和专业技能，因此无法有效的完成相关的工作任务。

而针对这一状况，企业应制定出完善的管理制度，从而有效的规范通用机械设备的维护和节能工摘要:在我国进入到21世纪以后，社会经济也得到了快速的发展，而我国作为工业生产大国，
相关企业的数量也在不断的增多。

在这样的时代背景下，维持企业的稳定发展是十分重要的一项内容，
而维护通用机械设备的使用，也是企业发展过程当中的重中之重。

通用设备在使用当中所具有的稳定性，对企业的生产和运行以及产品质量具有着十分重要的影响，而且通用机械设备的发展是保证我国企业稳定发展的重要前提。

随着我国经济的快速发展，通用机械设备的维护工作也显得更加重要，而且现如今能量消耗和环境污染等问题也成为人们的重点关注对象。

因此通用机械设备也要采取有效的节能路径来进一步的实现节能目
标。

本文针对通用机械设备维护与节能路径进行分析，探讨了通用机械设备维护和节能管理的必要性，
并提出具体的对策，希望能够为相关工作人员起到一些参考作用。

关键词：通用机械设备；
维护；节能中图分类号:TH17文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2020)09-0159-02（转下页）
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