隨著我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的高速發(fā)展，人民的生活水平越來(lái)越高，各用戶端對(duì)電的依賴越來(lái)越強(qiáng)，對(duì)電能的可靠性也提出了越來(lái)越高的要求。作為電網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備之一的高壓開(kāi)關(guān)柜在智能化、環(huán)保性、小型化、容量提升等方面發(fā)展迅速。絕緣性能是高壓開(kāi)關(guān)柜的重要可靠性指標(biāo)之一，不斷提高開(kāi)關(guān)柜絕緣性能是開(kāi)關(guān)柜制造廠商的不懈追求。熱縮材料因具有低溫收縮、耐腐蝕、電氣性能優(yōu)異等特性，在中低壓電纜附件和開(kāi)關(guān)柜母排套管中得到了廣泛應(yīng)用。開(kāi)關(guān)柜中主母排、上分支排、下分支排中均使用熱縮套管，主母排需穿過(guò)穿墻套管連接各開(kāi)關(guān)柜，由于安裝誤差及長(zhǎng)期的重力作用等影響，主母排不能確定完全處于穿墻套管中心處。本文通過(guò)仿真分析在不同位置、使用不同厚度的熱縮套管時(shí)母排的電場(chǎng)強(qiáng)度及電場(chǎng)分布，分析其對(duì)電場(chǎng)的影響，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。1、銅排不同位置對(duì)電場(chǎng)分布的影響本次研究以12kV/3150A進(jìn)線柜母排為例開(kāi)展分析。母排穿過(guò)穿墻套管與各開(kāi)關(guān)柜連接如圖1所示，圖中所用主母排為3×120mm×10mm，穿墻套管方孔尺寸為135mm×60mm。首先研究母排不同位置對(duì)電場(chǎng)分布的影響，仿真及試驗(yàn)采用1×120mm×10mm母排，仿真模型如圖2所示。圖中母排銅排長(zhǎng)度為1200mm，銅排外包裹熱縮套管，熱縮套管長(zhǎng)度為590mm。本文選用五種不同的母排進(jìn)行仿真研究，即裸銅排，熱縮套管厚度分別為1.5、2、2.5、3mm的母排。銅排在穿墻套管的方孔中居中放置時(shí)X=0，Y=0，銅排分別沿X軸、Y軸移動(dòng)，直至銅排或熱縮套管貼于穿墻套管方孔內(nèi)壁，即X=0時(shí)，Y在0～25mm之間移動(dòng)，Y=0時(shí)，X在0～7.5mm之間移動(dòng)。仿真中輸入高電壓為14.4kV。母排為裸銅排時(shí)，其沿X軸、Y軸移動(dòng)，絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值變化如圖3所示。由圖3可知，母排處于不同位置時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值均大于穿墻套管上的最大場(chǎng)強(qiáng)值；當(dāng)母排與穿墻套管的間隙較大時(shí)，移動(dòng)母排對(duì)絕緣件最大場(chǎng)強(qiáng)值影響較小，且均小于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)；當(dāng)母排靠近穿墻套管時(shí)，即最近距離小于2mm時(shí)，其最大場(chǎng)強(qiáng)值劇增，大于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。母排熱縮套管厚度為1.5mm時(shí)，其沿X軸、Y軸移動(dòng)，絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值變化如圖4所示。由圖4可知，熱縮套管厚度為1.5mm的母排處于不同位置時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值均大于穿墻套管上的最大場(chǎng)強(qiáng)值；絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值隨著與穿墻套管之間的距離變小而增大，其中對(duì)空氣域影響較大，對(duì)穿墻套管、熱縮套管的影響較小；當(dāng)母排與穿墻套管之間的最小距離較小時(shí)，空氣域最大場(chǎng)強(qiáng)值劇增，且大于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。母排熱縮套管厚度為2mm時(shí)，其沿X軸、Y軸移動(dòng)，絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值變化如圖5所示。從圖5可知，熱縮套管厚度為2mm的母排處于不同位置時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值均高于其他絕緣件；絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值隨著母排與穿墻套管的間隙減小而增大，其中對(duì)空氣域影響較大，對(duì)穿墻套管、熱縮套管的影響較??；當(dāng)母排與穿墻套管接觸，即銅排與穿墻套管的最小距離為2mm，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值大于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。母排熱縮套管厚度為2.5mm時(shí)，其沿X軸、Y軸移動(dòng)，絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值變化如圖6所示。從圖6可知，熱縮套管厚度為2.5mm的母排處于不同位置時(shí)，絕緣件中空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值最大；當(dāng)母排與穿墻套管接觸，即銅排與穿墻套管的最小距離為2.5mm，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值大于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。母排熱縮套管厚度為3mm時(shí)，其沿X軸、Y軸移動(dòng)，絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值變化如圖7所示。從圖7可知，熱縮套管厚度為3mm的母排處于不同位置時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值均高于其他絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值；當(dāng)母排與穿墻套管接觸，即銅排與穿墻套管的間隙為3mm時(shí)，空氣域的最大電場(chǎng)強(qiáng)度值大于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。以熱縮套管厚度為1.5mm的母排為例，母排處于不同位置時(shí)的電場(chǎng)分布云圖如圖8所示。綜合分析以上數(shù)據(jù)可知，任意一根母排，處于相同位置時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)最大值均處于靠近銅排圓角的空氣域中；絕緣件的最大場(chǎng)強(qiáng)值隨著銅排與穿墻套管之間的距離縮小而增大；母排與穿墻套管接觸時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值大于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)。2、熱縮套管厚度對(duì)電場(chǎng)分布的影響為研究不同熱縮套管厚度對(duì)電場(chǎng)分布的影響，對(duì)比分析絕緣件在使用不同厚度熱縮套管時(shí)的最大場(chǎng)強(qiáng)值，形成以下對(duì)比分析圖。母排使用不同厚度的熱縮套管，厚度用h表示，穿墻套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值如圖9所示。從圖9可知，穿墻套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值隨著母排與穿墻套管之間距離縮小而增大；當(dāng)母排處于相同的位置時(shí)，穿墻套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值與熱縮套管厚度之間無(wú)必然聯(lián)系。母排使用不同厚度的熱縮套管，熱縮套管本身的最大場(chǎng)強(qiáng)值如圖10所示。從圖10可知，銅排與穿墻套管之間的距離越小，熱縮套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值越大；當(dāng)銅排沿Y軸移動(dòng)時(shí)，移動(dòng)距離小于20mm，即銅排與穿墻套管的間隙大于5mm時(shí)，熱縮套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值變化不大，且無(wú)明顯變化趨勢(shì)，熱縮套管厚度對(duì)其最大場(chǎng)強(qiáng)值無(wú)明顯影響；當(dāng)銅排沿Y軸移動(dòng)距離大于20mm，即銅排與穿墻套管的間隙小于5mm時(shí)，熱縮套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值隨間隙縮小而逐漸變大，且當(dāng)銅排處于相同位置時(shí)，熱縮套管厚度越小，其最大場(chǎng)強(qiáng)值越??；當(dāng)銅排沿X軸移動(dòng)時(shí)，熱縮套管的最大場(chǎng)強(qiáng)值隨間距縮小而逐漸增大。銅排使用不同厚度的熱縮套管，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)值如圖11所示。從圖11可知，當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離較大時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)變化不大，且熱縮套管厚度對(duì)空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)影響不明顯；當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離較小時(shí)，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)隨距離減小而增大，且熱縮套管厚度越大，空氣域的最大場(chǎng)強(qiáng)越大。綜合以上數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離大于5mm時(shí)，最大場(chǎng)強(qiáng)值均低于空氣擊穿場(chǎng)強(qiáng)；當(dāng)銅排與穿墻套管之間的距離小于5mm時(shí)，最大場(chǎng)強(qiáng)值隨著間距縮小而增大，且熱縮套管越厚，最大場(chǎng)強(qiáng)值越大，即更易擊穿。3、銅排熱縮套管對(duì)起始局放電壓的影響根據(jù)上述仿真結(jié)果，選擇無(wú)熱縮套管的銅排、熱縮套管厚度為1.5mm的銅排進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試銅排在不同位置時(shí)的起始局放電壓。試驗(yàn)裝置如圖12所示。銅排與穿墻套管安裝方式一致。銅排從中心位置分別沿X軸、Y軸向穿墻套管移動(dòng)，測(cè)試銅排在不同位置時(shí)的起始局放電壓，其結(jié)果如圖13所示。由圖13可知，隨著銅排移動(dòng)距離增加，起始局放電壓越低，即銅排與穿墻套管的距離越小，越容易被擊穿；無(wú)熱縮套管的銅排沿X軸移動(dòng)5mm，即銅排圓角處與穿墻套管接觸時(shí)，其起始局放電壓低于14.4kV，通電時(shí)可能會(huì)被擊穿；銅排沿Y軸移動(dòng)，處于相同位置時(shí)，有熱縮套管的結(jié)構(gòu)起始局放電壓均低于無(wú)熱縮套管的結(jié)構(gòu)，且所有位置的起始局放電壓均大于14.4kV，滿足12kV中置柜絕緣要求。4、結(jié)語(yǔ)本文研究的是中置柜主母排穿過(guò)穿墻套管時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，分析銅排的位置、銅排熱縮套管的厚度對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度的影響，再通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試相同結(jié)構(gòu)的起始局放電壓，與仿真結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析。所得結(jié)論如下：1）銅排與穿墻套管的距離大于5mm時(shí)，銅排的位置對(duì)電