1000kV交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计_李亚莎(1)
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均压环是绝缘子上的重要部件，它具有使绝缘 子轴向的电场进一步均匀、防止发生电晕和保护绝 缘子３个功能 。 ［３］
本文应用 ＡＮＳＹＳ有限元软件对 １ ０００ｋＶ 复 合 绝缘子进行三维建模，分析了复合绝缘子电位分布 和电场分布，以及均压环对绝缘子沿面电场分布的 影响，通过对不同参数均压环的计算，选取均压环 的最佳位置和最优尺寸。
第１期
李亚莎等：１０００ｋＶ 交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计
２１
的影响［４］。复合 绝 缘 子 的 结 构 包 括 绝 缘 芯 棒、硅 橡
因此在不加均压环的情况下复合绝缘子的运行
胶护套及伞群、上下端金具和均压环，其模型如图１。 状况是非常危险的，极易造成金具局部放电和 硅橡 胶有机材料的过 早 老 化 ， ［６］ 如 果 不 采 取 均 压 措 施，
② 当 大 均 压 环 管 径 为 １４０ｍｍ， 抬 高 距 为 ６００ｍｍ 保持 不 变 时， 绝 缘 子 护 套 表 面 的 最 大 电 场 强度随着环径的增大而增大，但是高压端金具表面 的最大电场强度随着环径的增大而减小，而均压环 表面的最大电场强度变化不大。
③ 当 大 均 压 环 环 径 为 １ ０００ｍｍ， 抬 高 距 为 ６００ｍｍ 保 持 不 变 时， 管 径 在 １２０ｍｍ 至 １６０ｍｍ 的 范围内，均压环表面，绝缘子护套表面的最大电场 强度随着管径的增大而减小，高压端金具表面的最 大电场强度在管径为１４０ｍｍ 时达到最小值。 ２．２．２ 小 均 压 环 参 数 计 算
面和高压端金具表面的最大电场强度随抬高距的增
加而变化不大。
现代电力，２０１２，２９（１） ｈｔｔｐ：∥ｘｄｄｌ．ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｄｄｌ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｍ
２２
现 代 电 力
２０１２ 年
在 大 均 压 环 参 数 取 抬 高 距 ６００ｍｍ， 环 径 １ ０００ｍｍ，管径 １４０ｍｍ 的 情 况 下， 保 持 小 均 压 环 抬高距、环径和管径其中的两个参数不变，改变另 外一个参数，计算绝缘子表面、高压端金具表面和 均压环表面的最大电场强度。 计算结果如图 ７～ 图 ９所示。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ；ＡＮＳＹＳ；ｅ－ ｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
０ 引 言
复合绝缘子由于抗污闪性能好、重量轻、运行 基本免维护、电晕小、电磁干扰小等优点，目前已 在国内 外 得 到 了 大 量 使 用。 复 合 绝 缘 子 因 为 只 有 上、下两端有金属 端 头，并 且 尺 寸 不 大，它 们 和 中 间绝缘体一起构成的主电容远小于瓷绝缘子串的主 电容，因此，复合 绝 缘 子 的 电 场 分 布 极 不 均 匀， 尤 其是在高压端侧会出现强场区，当电场强度达到一 定数值后，就会引起绝缘材料老化、击穿，金具表 面发生电 晕 甚 至 电 弧 。 ［１－２］ 因 此 计 算 和 控 制 绝 缘 子 表面电场和电位分布有重要的意义。
要是改善高压端附近绝缘子表面的电位分布，但是 很难同时控制高压端金具和绝缘介质界面处的电场 强度，因此，１ ０００ｋＶ 复 合 绝 缘 子 高 压 端 采 用 大 小 均压环配合使用的方式，小均压环可以减小高压端 电极和绝缘材料界面处的电场强度，大均压环控制 复合绝缘子沿面场强 。 ［８－９］
复合绝缘子端部安装 均 压 环 后，相 当 于 改 变 了
关键词：复合绝 缘 子； 均 压 环；ＡＮＳＹＳ； 电 场 强 度； 电 位 分布
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ １ ０００ｋＶ ｃｏｍｐｏｓ－ ｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｒｅｓｕｌｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｓ－ ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｒｅａ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔ－ ａｇｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｗｉｌｌ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｂｙ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ＡＮＳＹＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ３－Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ １ ０００ｋＶ ｃｏｍ－ ｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｒｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ａｎｄ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｔｕｂｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｇ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ａｒｅ ａｎａ－ ｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｔ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｈｅａｔｈ ｗｉｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
李亚莎，张专专
（三 峡 大 学 电 气 与 新 能 源 学 院 ， 湖 北 宜 昌 ４４３００２）
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇｒａｄｉｎｇ Ｒｉｎｇｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ １ ０００ｋＶ ＡＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
ＬＩ Ｙａｓｈａ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｕａｎｚｈｕａｎ
造成复合绝缘子局部放电，严重时造成沿面闪络。
图 ３ 复 合 绝 缘 子 均 压 环 参 数 示 意 图
图 ２ 无 均 压 环 时 和 采 用 最 佳 设 计 参 数 均 压 环 时 的 复合绝缘子沿面的电场和电压分布曲线
２．２．１ 大 均 压 环 参 数 计 算 在小均压环参数取抬高距 ４０ｍｍ，环径 ５００ｍｍ，
１ 三维模型的建立
计算模型分为３个部分：绝缘子模型、有限空 间场域和无限大场域。铁塔和导线对绝缘子的影响 相对于均压环的影响较小，并对整个区域场强的变 化趋势影响也较小，因此在计算时忽略导线和铁塔
现代电力，２０１２，２９（１） ｈｔｔｐ：∥ｘｄｄｌ．ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｄｄｌ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｍ
高压端绝缘子分担电压过高，运行中会起晕，对长
期运行不 利 。 ［７］ 所 以 要 加 设 均 压 环 来 均 匀 轴 向 电
场，减少复合绝缘子上电位分布的不均匀。
２．２ 不 同 的 均 压 环 尺 寸 和 位 置 的 计 算 结 果 复合绝缘子端部应有良好的屏蔽措施，应正确
选择和 使 用 均 压 环 。 ［２］ 由 于 １ ０００ｋＶ 电 压 等 级 很 高，导致高压端金具表面场强很大，单个均压环主
管径 １２０ｍｍ 的 情 况 下，保 持 大 均 压 环 抬 高 距、 环 径、管径中的２个参数不变时，改变另一个参数， 分别计算绝缘子沿面、高压端金具表面和均压环表 面 的 最 大 电 场 强 度 。 计 算 结 果 见 图 ４～ 图 ６。
由 图 ４～ 图 ６ 的 计 算 结 果 可 见 ： ① 当 大 均 压 环 环 径 为 １ ０００ｍｍ， 管 径 为 １４０ｍｍ 保持不变时，绝缘子 护 套 （复 合 绝 缘 子 的 外 绝缘部分，保护 芯 棒 免 遭 外 部 大 气 的 侵 袭 ）表 面 的 最大电场强度随着抬高距的增大而减小，均压环表
图 ４ 大 均 压 环 不 同 抬 高 距 的 计 算 结 果 曲 线
图 ７ 小 均 压 环 不 同 抬 高 距 的 计 算 结 果 曲 线
图 ５ 大 均 压 环 不 同 环 径 的 计 算 结 果 曲 线
图 ８ 小 均 压 环 不 同 环 径 的 计 算 结 果 曲 线
Baidu Nhomakorabea
图 ６ 大 均 压 环 不 同 管 径 的 计 算 结 果 曲 线
２ 计算及结果分析
绝缘子端部的金具结构，均压环的参数变化会改变 电力线 的 分 布［１０］。 本 文 对 不 同 尺 寸 和 位 置 的 大 小
２．１ 不加均压环时的绝缘子分析 无均压环时绝缘子沿面的电位和电场强度分布
均压环进行了电场计算。
曲线如图２中虚线所示，不加均压环时绝缘子靠近 高压电极附近的伞群上承受的电压很高，通过对无
图 １ 复 合 绝 缘 子 局 部 模 型
空气、硅橡胶、环氧芯棒的相对介电常数分别 取 １、３．５、４．９５。 高 压 端 电 位 取 ５７７．３５０ｋＶ， 低 压端加０电位，地面加０电位。复合绝缘子长度取 ９．１ｍ［５］，内空气场选６０ｍ×７０ｍ×８０ｍ 的区域，外 空气场选１２０ｍ×１２０ｍ×１５０ｍ 的区域。
均压环 时 绝 缘 子 模 型 的 节 点 电 压 值 分 析 知， 在 前
１／３ 长 度 的 绝 缘 子 上 承 担 的 电 压 百 分 比 为 ８９．８％，
可见在高压电极附近的绝缘子上电压变化很快。复
合绝缘子护套 高 压 端 最 大 场 强 为 ７１．０７ｋＶ／ｃｍ， 已 经远远超过空气的击穿场强，电场强度过高可能会
第２９卷 第１期 ２０１２ 年 ２ 月
文 章 编 号 ：１００７－２３２２（２０１２）０１－００２０－０４
现 代 电 力
Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ
文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１２
中 图 分 类 号 ：ＴＭ２１６
１０００ｋＶ 交流复合绝缘子串电场分布计算及 均压环设计
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ）
摘 要：１ ０００ｋＶ 复合绝缘子的结构特 点 导 致 了 其 电 位 分 布 很不均匀，高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表 面发生电晕放电，如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得 到改善，对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于 ＡＮＳＹＳ有限元 软 件 建 立 １ ０００ｋＶ 复 合 绝 缘 子 的 三 维 模 型 ， 计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分 布和电压分布，具体分析了大小均压环的位置、环径、管径 对复合绝缘子沿面电场强度的影响，并确定均压环的最佳位 置和结构参数。计算结果表明，有均压环时均压环表面，高 压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。
图 ９ 小 均 压 环 不 同 管 径 的 计 算 结 果 曲 线
由 图 ７～ 图 ９ 的 计 算 结 果 可 见 ： ① 当 小 均 压 环 的 环 径 为 ４００ｍｍ， 管 径 为 １００ｍｍ 保持 不 变 时， 均 压 环 表 面 的 最 大 电 场 强 度 随着小均压环抬高距的增加而基本无变化；绝缘子 护套表面和高压端金具表面的最大电场强度随着小 均压环抬高距的增加无明显的变化规律，但是两者 在抬高距为４０ｍｍ 时都达到了最小值。
本文应用 ＡＮＳＹＳ有限元软件对 １ ０００ｋＶ 复 合 绝缘子进行三维建模，分析了复合绝缘子电位分布 和电场分布，以及均压环对绝缘子沿面电场分布的 影响，通过对不同参数均压环的计算，选取均压环 的最佳位置和最优尺寸。
第１期
李亚莎等：１０００ｋＶ 交流复合绝缘子串电场分布计算及均压环设计
２１
的影响［４］。复合 绝 缘 子 的 结 构 包 括 绝 缘 芯 棒、硅 橡
因此在不加均压环的情况下复合绝缘子的运行
胶护套及伞群、上下端金具和均压环，其模型如图１。 状况是非常危险的，极易造成金具局部放电和 硅橡 胶有机材料的过 早 老 化 ， ［６］ 如 果 不 采 取 均 压 措 施，
② 当 大 均 压 环 管 径 为 １４０ｍｍ， 抬 高 距 为 ６００ｍｍ 保持 不 变 时， 绝 缘 子 护 套 表 面 的 最 大 电 场 强度随着环径的增大而增大，但是高压端金具表面 的最大电场强度随着环径的增大而减小，而均压环 表面的最大电场强度变化不大。
③ 当 大 均 压 环 环 径 为 １ ０００ｍｍ， 抬 高 距 为 ６００ｍｍ 保 持 不 变 时， 管 径 在 １２０ｍｍ 至 １６０ｍｍ 的 范围内，均压环表面，绝缘子护套表面的最大电场 强度随着管径的增大而减小，高压端金具表面的最 大电场强度在管径为１４０ｍｍ 时达到最小值。 ２．２．２ 小 均 压 环 参 数 计 算
面和高压端金具表面的最大电场强度随抬高距的增
加而变化不大。
现代电力，２０１２，２９（１） ｈｔｔｐ：∥ｘｄｄｌ．ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｄｄｌ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｍ
２２
现 代 电 力
２０１２ 年
在 大 均 压 环 参 数 取 抬 高 距 ６００ｍｍ， 环 径 １ ０００ｍｍ，管径 １４０ｍｍ 的 情 况 下， 保 持 小 均 压 环 抬高距、环径和管径其中的两个参数不变，改变另 外一个参数，计算绝缘子表面、高压端金具表面和 均压环表面的最大电场强度。 计算结果如图 ７～ 图 ９所示。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ；ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ；ＡＮＳＹＳ；ｅ－ ｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
０ 引 言
复合绝缘子由于抗污闪性能好、重量轻、运行 基本免维护、电晕小、电磁干扰小等优点，目前已 在国内 外 得 到 了 大 量 使 用。 复 合 绝 缘 子 因 为 只 有 上、下两端有金属 端 头，并 且 尺 寸 不 大，它 们 和 中 间绝缘体一起构成的主电容远小于瓷绝缘子串的主 电容，因此，复合 绝 缘 子 的 电 场 分 布 极 不 均 匀， 尤 其是在高压端侧会出现强场区，当电场强度达到一 定数值后，就会引起绝缘材料老化、击穿，金具表 面发生电 晕 甚 至 电 弧 。 ［１－２］ 因 此 计 算 和 控 制 绝 缘 子 表面电场和电位分布有重要的意义。
要是改善高压端附近绝缘子表面的电位分布，但是 很难同时控制高压端金具和绝缘介质界面处的电场 强度，因此，１ ０００ｋＶ 复 合 绝 缘 子 高 压 端 采 用 大 小 均压环配合使用的方式，小均压环可以减小高压端 电极和绝缘材料界面处的电场强度，大均压环控制 复合绝缘子沿面场强 。 ［８－９］
复合绝缘子端部安装 均 压 环 后，相 当 于 改 变 了
关键词：复合绝 缘 子； 均 压 环；ＡＮＳＹＳ； 电 场 强 度； 电 位 分布
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ １ ０００ｋＶ ｃｏｍｐｏｓ－ ｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｒｅｓｕｌｔ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｎｏｎ－ｕｎｉｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｓ－ ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｓｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｒｅａ ｎｅａｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｔ－ ａｇｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｗｉｌｌ ｇｅｎｅｒａｔｅ ｃｏｒｏｎａ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｍｅｄｉｕｍ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ．Ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｂｙ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ＡＮＳＹＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ３－Ｄ ｍｏｄｅｌ ｏｆ １ ０００ｋＶ ｃｏｍ－ ｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ，ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ａｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｉｎ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｗｉｔｈ ａｎｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｒｉｎｇ ｒａｄｉｕｓ ａｎｄ ｒａｄｉｕｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｔｕｂｅ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｇ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ ｏｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ａｒｅ ａｎａ－ ｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｇｒａｄｉｎｇ ｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｔ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｅｒｍｉｎａｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｈｅａｔｈ ｗｉｌｌ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
李亚莎，张专专
（三 峡 大 学 电 气 与 新 能 源 学 院 ， 湖 北 宜 昌 ４４３００２）
Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｉｅｌｄ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｇｒａｄｉｎｇ Ｒｉｎｇｓ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ １ ０００ｋＶ ＡＣ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ
ＬＩ Ｙａｓｈａ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｕａｎｚｈｕａｎ
造成复合绝缘子局部放电，严重时造成沿面闪络。
图 ３ 复 合 绝 缘 子 均 压 环 参 数 示 意 图
图 ２ 无 均 压 环 时 和 采 用 最 佳 设 计 参 数 均 压 环 时 的 复合绝缘子沿面的电场和电压分布曲线
２．２．１ 大 均 压 环 参 数 计 算 在小均压环参数取抬高距 ４０ｍｍ，环径 ５００ｍｍ，
１ 三维模型的建立
计算模型分为３个部分：绝缘子模型、有限空 间场域和无限大场域。铁塔和导线对绝缘子的影响 相对于均压环的影响较小，并对整个区域场强的变 化趋势影响也较小，因此在计算时忽略导线和铁塔
现代电力，２０１２，２９（１） ｈｔｔｐ：∥ｘｄｄｌ．ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｄｄｌ＠ｖｉｐ．１６３．ｃｏｍ
高压端绝缘子分担电压过高，运行中会起晕，对长
期运行不 利 。 ［７］ 所 以 要 加 设 均 压 环 来 均 匀 轴 向 电
场，减少复合绝缘子上电位分布的不均匀。
２．２ 不 同 的 均 压 环 尺 寸 和 位 置 的 计 算 结 果 复合绝缘子端部应有良好的屏蔽措施，应正确
选择和 使 用 均 压 环 。 ［２］ 由 于 １ ０００ｋＶ 电 压 等 级 很 高，导致高压端金具表面场强很大，单个均压环主
管径 １２０ｍｍ 的 情 况 下，保 持 大 均 压 环 抬 高 距、 环 径、管径中的２个参数不变时，改变另一个参数， 分别计算绝缘子沿面、高压端金具表面和均压环表 面 的 最 大 电 场 强 度 。 计 算 结 果 见 图 ４～ 图 ６。
由 图 ４～ 图 ６ 的 计 算 结 果 可 见 ： ① 当 大 均 压 环 环 径 为 １ ０００ｍｍ， 管 径 为 １４０ｍｍ 保持不变时，绝缘子 护 套 （复 合 绝 缘 子 的 外 绝缘部分，保护 芯 棒 免 遭 外 部 大 气 的 侵 袭 ）表 面 的 最大电场强度随着抬高距的增大而减小，均压环表
图 ４ 大 均 压 环 不 同 抬 高 距 的 计 算 结 果 曲 线
图 ７ 小 均 压 环 不 同 抬 高 距 的 计 算 结 果 曲 线
图 ５ 大 均 压 环 不 同 环 径 的 计 算 结 果 曲 线
图 ８ 小 均 压 环 不 同 环 径 的 计 算 结 果 曲 线
Baidu Nhomakorabea
图 ６ 大 均 压 环 不 同 管 径 的 计 算 结 果 曲 线
２ 计算及结果分析
绝缘子端部的金具结构，均压环的参数变化会改变 电力线 的 分 布［１０］。 本 文 对 不 同 尺 寸 和 位 置 的 大 小
２．１ 不加均压环时的绝缘子分析 无均压环时绝缘子沿面的电位和电场强度分布
均压环进行了电场计算。
曲线如图２中虚线所示，不加均压环时绝缘子靠近 高压电极附近的伞群上承受的电压很高，通过对无
图 １ 复 合 绝 缘 子 局 部 模 型
空气、硅橡胶、环氧芯棒的相对介电常数分别 取 １、３．５、４．９５。 高 压 端 电 位 取 ５７７．３５０ｋＶ， 低 压端加０电位，地面加０电位。复合绝缘子长度取 ９．１ｍ［５］，内空气场选６０ｍ×７０ｍ×８０ｍ 的区域，外 空气场选１２０ｍ×１２０ｍ×１５０ｍ 的区域。
均压环 时 绝 缘 子 模 型 的 节 点 电 压 值 分 析 知， 在 前
１／３ 长 度 的 绝 缘 子 上 承 担 的 电 压 百 分 比 为 ８９．８％，
可见在高压电极附近的绝缘子上电压变化很快。复
合绝缘子护套 高 压 端 最 大 场 强 为 ７１．０７ｋＶ／ｃｍ， 已 经远远超过空气的击穿场强，电场强度过高可能会
第２９卷 第１期 ２０１２ 年 ２ 月
文 章 编 号 ：１００７－２３２２（２０１２）０１－００２０－０４
现 代 电 力
Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ
文 献 标 志 码 ：Ａ
Ｖｏｌ．２９ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２０１２
中 图 分 类 号 ：ＴＭ２１６
１０００ｋＶ 交流复合绝缘子串电场分布计算及 均压环设计
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ，Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ）
摘 要：１ ０００ｋＶ 复合绝缘子的结构特 点 导 致 了 其 电 位 分 布 很不均匀，高压端金具附近的强场区会使绝缘介质和金具表 面发生电晕放电，如何设计均压环使绝缘子沿面电场分布得 到改善，对输电线路的安全运行具有重要的意义。本文基于 ＡＮＳＹＳ有限元 软 件 建 立 １ ０００ｋＶ 复 合 绝 缘 子 的 三 维 模 型 ， 计算无均压环时和有均压环时的复合绝缘子沿面电场强度分 布和电压分布，具体分析了大小均压环的位置、环径、管径 对复合绝缘子沿面电场强度的影响，并确定均压环的最佳位 置和结构参数。计算结果表明，有均压环时均压环表面，高 压端金具表面及绝缘护套表面的最大场强均可达到要求。
图 ９ 小 均 压 环 不 同 管 径 的 计 算 结 果 曲 线
由 图 ７～ 图 ９ 的 计 算 结 果 可 见 ： ① 当 小 均 压 环 的 环 径 为 ４００ｍｍ， 管 径 为 １００ｍｍ 保持 不 变 时， 均 压 环 表 面 的 最 大 电 场 强 度 随着小均压环抬高距的增加而基本无变化；绝缘子 护套表面和高压端金具表面的最大电场强度随着小 均压环抬高距的增加无明显的变化规律，但是两者 在抬高距为４０ｍｍ 时都达到了最小值。