高壓套管絕緣結構設計課程設計

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 ，I N=315A ，最大工作電壓U m=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）撰寫課程設計報告

2、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）電容式套管具有內絕緣與外絕緣，其內絕緣是主絕緣，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?.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圓柱電容芯子，工頻常溫下，油

3、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)坠艹溆土可伲芊廨^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)生有害局部放電這一原則而決定，當最小絕緣厚度dmin 確,.定

4、即可計算Erm ,，由式U kk1( d )0.45r可得局部放電起始場強U kk1Ek0.45d0.55dr其中 k1 取 4.3（膠紙） 10.6 （油紙） r 取 4（膠紙） 13.5（油紙）D 同取 1.2mmEk4.32.08 MV/m （膠紙）*1.2 0.5540.45Ek10.65.46 MV/m （油紙）0.45 *1.2 0.553.5對于膠紙?zhí)坠芏?，Erm 的可取值，取 Erm =2.1mv/m ，對于油紙?zhí)坠?，因局部放電有能發(fā)展的特點要求Ek 應不低于（ 1.5-2 ） Erm ，以保證局部放電性能。取 Erm =2.8mv/m當 dmm 和 Erm 決定后，絕緣層數(shù)

5、n 即可按下式求取UUnU Erm dmin層數(shù)：363膠紙： n833363油紙： n623U kkhd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： U w13.5 1.214.79kV14.79與干試電壓相比，安全裕度1.37670 / 62均滿足校核（ 3）極板上下臺階長度可根據(jù)經驗確定上瓷套長度L B ，取 Ls=272cm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816/6701.22,.進行濕試電壓校核L=Lb=272cm 裙數(shù) n 取 20 裙間距離13.6cm裙寬度=0.5l=6.8cm 裙傾角

6、 20對于高壓套管常用下列經驗公式Vs 3.56L0.772.65nl 0.8 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 2.720.77+2.5 20 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+5.06 272=1426kV安全裕度： 1426/1050=1.361.0 合格內外絕緣的配合， 除了內絕緣的耐電強度應高于外絕緣以外，還應考慮內絕緣對外絕緣的電場調節(jié)作用， 即電場的屏蔽作用，為了屏蔽， 電容芯子的接地極板應比法蘭

7、高出約為上瓷套放點距離L 1 的 8.5-10% 而芯子的最內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 L 1，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 1+(2025)%L 1=L 1n 1 65%L 1式中L 1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)選擇內絕緣對上瓷套的屏蔽長度，上端為20%L B ，下端為10%L B，則電容芯子的上端絕緣長度 n 1 =0.7Lb膠紙：油紙：0.7 LB0.7*2

8、721n2.3cm830.7 LB0.7*2721n3.1cm62令下臺階為上臺階的60膠紙：2 =1.4cm油紙：2 =1.9cm膠紙：=3.7cm油紙：=5cm,.（4）各層極板尺寸E26700.577MV / m （膠紙）14*83E26700.569MV / m （油紙）19*62Ws 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rl4.1則l n1n83*3.799cm （膠紙）14.11l n1n62*5100cm （油紙）14.11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 290.1LHLh= （） /0.9=139.1cm 取 139cmL0=99+83X3.7=406.1cm取 406cm實際上l0 / ln406 / 994.1油紙 LHn 290.1LHLH =（ 621.9+9 ） /0.9=141cm3nn =100+6. 2 5=410cm實際上：l0 / ln406 / 994.1補：沖擊電壓校驗1.2/50 金波Us=50+5.066=50+5.06 272=1426kv安全裕度： 1426/1050=1.36 1.0合格下瓷套閃絡電壓，可以放電平均場強0.65mv/m 來校正

10、膠紙： Us=1390 0.65=903.5kv 670kv油紙： Us=1410 0.15=916.5kv 670kv而入層的極極長度x Ln ( n x)在等電容的情況下，任何一層的電容為2 r 0 ln2 r 0 ln2 r 0 ln2r 0 lnCkln r2 / r1ln rx / rx 1ln rn / rn 1ln r / r0式中： Lo最內層（零序）極的半徑與長度,.rn 最外層（接地）極板的半徑與長度r 相對介電常數(shù)，油紙絕緣3.5 ，膠紙 3.8-4.50 真空的電容率，8.854 00F/m電容式根據(jù)合比定理nl xacega c e gl1l2l xl nx 1Aln

11、 r1ln r2ln rxln rnbdfhb d f hln rxr0r1rx 1rn 1r0式中rrn / r0 ，在一般情況下可取rll0 / l n ，只有當 l時，則取 l；當rl時， rol orn ln 1 ，在工作電壓下最內層和最外層絕緣工作場強均為Erm設最內層絕緣中工作場強為Erm 時則由式可得 ErmUA*nr0l1r0UA解出零序極極半徑*Erm l1n接地極極半徑 rnU*r AErml n由上式可得 rxr0(l1lx )x2A解出極極半徑 rxr0(l1l x )x2A取 r4.1膠紙(l1l n ) n14853A2ln lrr0 =4.4cmrn363* 4.

12、1*1485318.64cm3 *21406*83油紙(l1l n ) n11205A2lnrr0363*112053.3cm rn363* 4.1*1120513.5 cm3*28410*623*28410*62（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 105，膠紙為 120，膠質套管最大溫升出現(xiàn)于浸油部合芯子直徑最粗段，基本上屬于徑向發(fā)熱。 可根據(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11221222 rnln rnr0式中rn 芯子浸油部分最大外半徑r0 導桿外半徑- 芯子在油中的表面散熱系數(shù)，一

13、般可取5001 單位長度的導桿發(fā)熱量（ w/m）， P IR2.，其中 I為額定電流， R 為導桿單位長度有效電阻2 套管單位長度的介質發(fā)熱量（w/m）； P22. 其中 v 為額定電壓， c 為vcgt套管電容； =2 f=314,00為在工作狀態(tài)下的介質損耗L 電容芯子絕緣部分總長度對于膠紙?zhí)坠躵n=18.04cmro=4.4cm=0.22P I2R導體電阻率mm2/ m 對于銅 =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 2I =2A=I/2=250 mm2A有效橫截面積為250 mm2 ，取橫截面積400 mm2 ， r=11.29m， R= l

14、/A=0.018H0.004(120-20)=0.0252mm2 / mL =lo =4.06mtan =0.01 ,tan 膠紙 0.03-0.01P I2R=50020.0252 1/400=15.75 （ w/m）r ( l02lr)12C378*10F9*10 112ln r =2 f=314p212.84W / m,.112 21222.60.523.1o22rn25 Cln rnr0對于油紙：rn=13.5cm r0=3.3cm=0.25r =3.52/m=0.0181+0.004(105-20)=0.024 mm因為額定電流在2-25 A/mm 2，選取額定電流密度為2 A/mm

15、 21/A=2A=500/2=250 mm 2有效的橫截面積為250，取橫截面積300 mm2，半徑 r=9.77 mmL=l 0=410 cm=4.1 mtg =0.005 ， tg 油紙 0.002-0.007， =0.2522r ( l0lr )C211351*1012F2ln r9*10 =2 f=314p25.9W / m112 21220.490.6121.1o22rn25 Cln rnr0（ 6）熱擊穿電壓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，計算值常偏低，一般可利用?？藷釗舸┕阶鲇嬎?，在交流電壓下其式為U f1.9*10 5(c) kVafr ta

16、n 0式中 tg 0 電容芯子在周圍環(huán)境溫度下的介質損耗值a 介質損耗的溫度系數(shù) 1 r1 f 符號同前 (c) 與結構尺寸和導散熱量有關的系數(shù)，根據(jù)我國實踐經驗，一般套管取(c) =0.63因此可得套管的熱擊穿電壓U f1.2*10 5af r tan0膠紙： =0.22a=0.04/ f=50 r =3.8tg 0=0.01,.U f 1.2*10 50.22204kV0.04*50*3.8*0.01油紙： =0.25a=0.07/ f=50=3.5tg =0.005r0,.表 1膠紙層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04064.402

17、142250.611.1313.41402.34.5220.843246.911.3213.42398.64.6420.344247.511.7113.43394.94.7719.945239.511.713.44396.24.919.646235.811.8913.45387.55.0319.247232.112.0813.46383.85.1618.948228.412.2613.47380.15.318.649224.712.4513.48376.45.4318.45022112.6413.49372.75.5718.151217.312.8312.5103695.7117.852213

18、.613.0213.511165.35.8517.653209.913.2013.512361.66.0017.654206.213.3913.613357.96.1517.055202.513.5713.714354.26.316.856198.813.7613.715350.56.4518.657195.113.9413.816346.86.616.458191.414.1313.917343.16.7616.259187.714.3114.018339.46.7116.06018414.4914.119335.77.0715.861180.314.6714.2203327.2315.66

19、2176.614.8614.321328.37.2315.662176.614.8414.322324.67.5915.364169.215.1914.623320.97.7215.165165.515.3714.724317.27.8915.066161.815.5414.925313.58.0614.867158.115.7015.126309.88.2314.768154.415.8715.327306.18.4114.669150.716.0315.528302.48.5814.57014716.2015.829298.78.7514.471143.316.3516.0302958.9

20、314.272139.616.5116.331291.39.1114.173135.916.6616.632287.69.2914.074132.216.8216.933283.99.4714.075128.516.9617.234280.29.6513.976124.817.1117.635276.59.8313.877121.117.2518.036272.810.0213.778117.417.3918.437269.110.2013.779113.717.5318.838265.410.3913.68011017.6619.339261.710.5713.681106.317.7919.84025810.7613.5182102.617.9120.441254.310.9513.5839918.0421,.表 2油紙層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)層Lx(cm)Rx(cm)Er(kV/cm)04103.3028322508.4717.914053.4227.4332458.6617.924003.5526.7342408.8517.833953.6826.0352359.0417.843903.8125.5362309.2317.853853.9425.0372259.4217.963804.0824.4382209.6017.9