高壓套管絕緣結構設計課程設計(哈理工)

1、330kV 油紙電容式套管電磁計算與結構設計專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：學號： 姓名：指導教師：設計條件與任務1. 設計條件額定電壓 U A=330kV ，IN=315A ，最大工作電壓 Um=363kV ，1min 工頻耐壓試驗電壓為 570kV 干閃絡實驗電壓為 670kV ，溫閃絡試驗電壓為 510kV ，1.2/50全波沖擊試驗電壓為 1050kV2. 設計任務（1）確定電容芯子電氣參數(shù)1. 絕緣層最小厚度2. 絕緣層數(shù)3. 極板上下臺階長度4. 各層級尺寸5. 溫升6. 熱擊穿電壓（2）選出上下瓷套并進行電氣強度枝枝絕緣（3）畫出極板布置圖， E-r 分布圖以及裝配圖（4）撰寫課程

2、設計報告一設計原理1. 所謂套管就是用來把電流引入或引出變壓器，斷路器或其他設備的金屬外殼，也用于導體 或母線穿過建筑物或墻壁， 其中最常用的是電容式套管， 其一般為油紙絕緣和膠紙絕緣套管， 而瓷套是外絕緣，一般認為是輔助絕緣（1）電容式套管具有內(nèi)絕緣與外絕緣，其內(nèi)絕緣是主絕緣，外絕緣是瓷套，如外膠紙式變 壓器套管無下瓷套（2）膠紙?zhí)坠艿碾娙菪咀邮怯珊?0.050,07 毫不透油單面膠紙和具有一定尺寸的電容極板 卷制而成的圓柱電容芯子，一般高壓電容式套管的絕緣層最小厚度為 11.2mm工頻常溫下膠紙絕緣的 tan < 0.007（3）油紙電容式套管的電容芯子由電纜紙多層鋁箔極板卷制而成的

3、圓柱電容芯子，工頻常溫下，油紙絕緣的tan < 0.003（4）膠紙?zhí)坠芘c油紙?zhí)坠艿谋容^1.機械強度高，法蘭可直接固定在電容芯子上，結構堅固結實，可作45°或水平安裝2. 膠紙?zhí)坠艹溆土可?，密封較容易3. 在變壓器中采用時，下部不用下磁套，可以減小尺寸4. 膠紙的耐電暈性強于油紙二設計內(nèi)容1.確定電容芯子電氣參數(shù)（1）絕緣層最小厚度還代超高壓電容套管，一般dmin 取得很薄，約在 11.2m 左右，其目的在于提高套管的局部放電性能和選取較高的最大工作場強Erm設膠紙?zhí)坠艿慕^緣厚度為 Erm =1 . 2mm ，油紙?zhí)坠艿慕^緣厚度為 1.2mm（2） Erm 按最大工作電壓下不發(fā)

4、生有害局部放電這一原則而決定，當最小絕緣厚度dmin 確 定即可計算 Erm ,，由式油紙：n363_622.8*1.2*Uk "d 0.45Uk ki（）r可得局部放電起始場強EkUkk10.45 . 0.55r d其中ki取4.3 （膠紙）10.6 （油紙）r取4 （膠紙）13.5 （油紙）D同取1.2mm4.34。.45 *1 2。.55E 10.6k3.50.45 *1.20.55Ek2.08MV/m （膠紙）5.46 MV/m （油紙）對于膠紙?zhí)坠芏?Erm的可取值，取Erm =2.1mv/m，對于油紙?zhí)坠埽蚓植糠烹娪心馨l(fā)展的特點要求Ek應不低于（1.5-2）Erm，以

5、保證局部放電性能。取 Erm =2.8mv/m當dmm和Erm決定后，絕緣層數(shù)n即可按下式求取層數(shù):膠紙:Erm d min363 一 832.1*1.2* -3滑閃起始，任何極板在空氣或油中Kh=13.5時厚度最小絕緣層的滑閃電壓膠紙：Uw 13.5 一代 14.79kV與干試電壓相比，安全裕度14.791.37670/62均滿足校核Lb，取 Ls=272cm（3）極板上下臺階長度 可根據(jù)經(jīng)驗確定上瓷套長度干放電平均場強約為0.3mv/m，則干閃絡電壓 Uf=816kV與干試電壓相比較，安全裕度為816/670 1.22進行濕試電壓校核L=Lb=272cm 裙數(shù)n取20裙間距離13.6cm

6、裙寬度 =0.5l=6.8cm裙傾角20°對于高壓套管常用下列經(jīng)驗公式0.770.8Vs 3.56L2.65nl a1 / a式中L套管的瓷套的有效高度a裙寬，0000 ；L裙距，均以厘米來計U3=3.56 X 2.720.77+2.5 X 20X 13.60.8、2 =871.5kV大于濕試電壓510kV裕度=1.7沖擊電壓查圖可知，以上均有足夠裕度，1.2/50全波Us=50+5.06a=50+5.06 X 272=1426kV 安全裕度：1426/1050=1.36>1.0 合格內(nèi)外絕緣的配合，除了內(nèi)絕緣的耐電強度應高于外絕緣以外，還應考慮內(nèi)絕緣對外絕緣的電場調(diào)節(jié)作用，即

7、電場的屏蔽作用，為了屏蔽，電容芯子的接地極板應比法蘭高出約為上瓷套 放點距離L1的8.5-10%而芯子的最內(nèi)層極板贏低于上瓷套的上端蓋約為20-25%的上瓷套放電距離L1,這樣可以減小法蘭和上端蓋附近的電場集中，使上瓷套表面電壓分布較為均勻， 以提高閃絡性能。因此，電容極板的上部臺階長度與瓷套的放電距離有如下關系：n 1=(8.510)%L 什(2025)%L 1=L 1n 1 65%L1式中L1上瓷套的放電距離n 1極板上臺階的總和，在實際設計中，各臺階長度相等，n為層數(shù)20%L b，下端為10%Lb,則電容芯子的上端絕緣選擇內(nèi)絕緣對上瓷套的屏蔽長度，上端為長度 n 1 =0.7Lb0.7L

8、B0.7*272膠紙：12.3cmn830.7Lb0.7*272油紙：13.1cmn62令下臺階為上臺階的60%膠紙： 2 =1.4cm油紙:膠紙:油紙:2 =1.9cm=3.7cm=5cm(4) 各層極板尺寸E214*830.577MV / m （膠紙）E219*620.569MV / m (油紙)Ws上為在干試下端軸向場強小于平均放電場強0.65mv/m由于法蘭長度L未作規(guī)定，可選擇最有利條件r |4.1則834.1 1*3.799 cm (膠紙)1 62lnn*5100cm （油紙）14.1 1法蘭長度 Lf=Ln-（0.1Lb+9）=99-（27+9）=63cm其中9cm為選取對下瓷套

9、的屏蔽長度法蘭長度Lf=64cm （油紙）下瓷套長度膠紙：Lhn 2 9 0.1LhLh=( )/0.9=139.1cm 取 139cmL0=99+83X3.7=406.1cm 取 406cm實際上 l°/ln 406 / 994.1油紙 Lh n 29 0.1LhLh = (62 X 1.9+9) /0.9=141cmn =100+6.2 X 5=410cm實際上：l0/ln 406 / 99 4.1補：沖擊電壓校驗1.2/50金波Us=50+5.066=50+5.06 X 272=1426kv安全裕度：1426/1050=1.36 > 1.0 合格下瓷套閃絡電壓，可以放電平

10、均場強0.65mv/m來校正膠紙：Us=1390X 0.65=903.5kv > 670kv油紙：Us=1410X 0.15=916.5kv > 670kv而入層的極極長度xLn (n X)在等電容的情況下,任何一層的電容為Ck2 r 0 lnln r / r0ln r2 / r1式中:Lo最內(nèi)層rn 最外層（接地）2 r 0 lnln rx / rx 1極的半徑與長度極板的半徑與長度?2 r 0 lnln rn / rn 1電容式根據(jù)合比定理aceg?a c e g? I,l2? Ix?InnIxx 1 Abdfhb d f h? ri In 1In?InxIn rn式中r

11、76;1rx 1rn 1r°rrn/ r°，在般情況下可取rII0 / I n，只有當I時，則取I；當r l時，r°lon lni ,在工作電壓下最內(nèi)層和最外層絕緣工作場強均為Erm設最內(nèi)層絕緣中工作場強為Erm時則由式可得Erm解出零序極極半徑接地極極半徑rn由上式可得rx解出極極半徑取 r 4.1膠紙Anr°匚U Ar°*ErmI1nrorxroln)n2ln lr丄*上Erm l n(Il L)X2A(h lx)x2A14853r0 =4.4cm rn18.64 cm3634.1*14853* .3*21406*83油紙A 也曲 1120

12、52ln rr0 363 * 112050、3*28 410*623.3cm rn363 * 4.1*11205.3*28410*6213.5cm（5）溫升溫升計算的目的是，校核套管在額定工作條件下最大發(fā)熱溫度不超過材料的耐熱性要求， 一般油紙為105C，膠紙為120 C,膠質(zhì)套管最大溫升出現(xiàn)于浸油部合芯子直徑最粗段，基 本上屬于徑向發(fā)熱?？筛鶕?jù)發(fā)熱量與散熱量平衡來計算導桿附近最大溫度與套管周圍油溫之 差即最大溫升222 rn4r。式中rn 芯子浸油部分最大外半徑r。一導桿外半徑-芯子在油中的表面散熱系數(shù)，一般可取5001 單位長度的導桿發(fā)熱量（w/m）, P I2R.，其中I為額定電流，R為

13、導桿單 位長度有效電阻22 套管單位長度的介質(zhì)發(fā)熱量（w/m）； P2v c tg .其中v為額定電壓，c為套管電容；3 =2 f =314,00為在工作狀態(tài)下的介質(zhì)損耗L 電容芯子絕緣部分總長度對于膠紙?zhí)坠躵n=18.04cm ro=4.4cm=0.22P i2rp導體電阻率mm /m 對于銅 p =0.0181+0.004（ -20）為導體的計算溫度選取額定電流的密度為 2A/mm 2I2=2A=I/2=250 mmA有效橫截面積為250 mm，取橫截面積400 mm , r=11.29m, R= pX l/Ap =0.018H0.004(120-20)=0.0252mm2 / mL =l

14、o =4.06mtan =0.01 , tan 膠紙 0.03-0.012 2P I R = 5000.0252 X 1/400=15.75 (w/m)2ln r 9*1011378*10 12F3 =2f=314P212.84W/m片 22.6 0.5 23.1 25OC4r。對于油紙:rn=13.5cm r0=3.3cm=0.25 r =3.5p =0.0181+0.004(105-20)=0.024 Q mm因為額定電流在 2-25 A/mm2,選取額定電流密度為2 A/mm21/A=2A=500/2=250 mm 2300 mm2,半徑 r=9.77 mm有效的橫截面積為 250,取橫

15、截面積L=l 0=410 cm=4.1 m入=0.25tg S =0.005 , tg 3 油紙 0.002-0.007 , R=|2R=5O0X 0.025 X (1/300)=20 W/mr( 2)C 2ln r 9*101112351*10 Fco =2f=314P25.9W/m11 2 22_lnrnr。1 220.49rn0.61 21.1 25oC(6)熱擊穿電壓可以按單向冷卻圓柱體結構的情況計算，由于忽略了軸向散熱, 一般可利用?？藷釗舸┕阶鲇嬎悖诮涣麟妷合缕涫綖闊釗舸╇妷河嬎阒党Ｆ?Uf1.9*105 ；-af r tan 0(c)kV式中tg S 0 電容芯子在周圍環(huán)境

16、溫度下的介質(zhì)損耗值a 介質(zhì)損耗的溫度系數(shù)入1 £ r1f符號同前0 (c)與結構尺寸和導散熱量有關的系數(shù)，根據(jù)我國實踐經(jīng)驗,(c) =0.63因此可得套管的熱擊穿電壓Uf1.2*105 :''、af r tan 0膠紙：入=0.22a=0.04/ C f=50£ r = 3.8tg S o=0.010.22204kV油紙：入=0.25a=0.07/ C f=50£ r=3.5tg S 0=0.005255 0-1-!B!B!B!BI!lMB!B!B!B!B!B!i!3! !rtciniJ .II P p 4? "t " n R

17、If "IIMIMi0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 t（cm）302520101050表1 膠紙層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04064.402142250.611.1313.41402.34.5220.843246.911.3213.42398.64.6420.344247.511.7113.43394.94.7719.945239.511.713.44396.24.919.646235.811.8913.45387.55.0319.247232.112.0813.46383.85.1618.948228.412.2

18、613.47380.15.318.649224.712.4513.48376.45.4318.45022112.6413.49372.75.5718.151217.312.8312.5103695.7117.852213.613.0213.511165.35.8517.653209.913.2013.512361.66.0017.654206.213.3913.613357.96.1517.055202.513.5713.714354.26.316.856198.813.7613.715350.56.4518.657195.113.9413.816346.86.616.458191.414.1

19、313.917343.16.7616.259187.714.3114.018339.46.7116.06018414.4914.119335.77.0715.861180.314.6714.2203327.2315.662176.614.8614.321328.37.2315.662176.614.8414.322324.67.5915.364169.215.1914.623320.97.7215.165165.515.3714.724317.27.8915.066161.815.5414.925313.58.0614.867158.115.7015.126309.88.2314.768154

20、.415.8715.327306.18.4114.669150.716.0315.528302.48.5814.57014716.2015.829298.78.7514.471143.316.3516.0302958.9314.272139.616.5116.331291.39.1114.173135.916.6616.632287.69.2914.074132.216.8216.933283.99.4714.075128.516.9617.234280.29.6513.976124.817.1117.635276.59.8313.877121.117.2518.036272.810.0213

21、.778117.417.3918.437269.110.2013.779113.717.5318.838265.410.3913.68011017.6619.339261.710.5713.681106.317.7919.84025810.7613.5182102.617.9120.441254.310.9513.5839918.0421表2油紙層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04103.3028322508.4717.914053.4227.4332458.6617.924003.5526.7342408.8517.833953.6826.0352359.0417.843903.8125.5362309.2317.853853.9425.0372259.4217.963804.0824.4382209.6017.973754.2223.9392159.7918.083704.3623.540