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期刊號： CN32-1800/TM| ISSN1007-3175

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基于有限元仿真的GIS支柱絕緣子性能優(yōu)化

來源：電工電氣發(fā)布時間：2024-03-11 08:11瀏覽次數：415

基于有限元仿真的GIS支柱絕緣子性能優(yōu)化

王皓, 劉同寶, 唐剛，孫志宇，朱祉旭
(國網江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇 連云港 222004)
 
    摘 要：為提高金屬封閉式氣體絕緣組合電器 (GIS) 中支柱絕緣子的耐電性與機械強度，基于有限元仿真，通過拓撲優(yōu)化的方法設計了支柱絕緣子內部的材料分布，研究了材料相對介電常數與楊氏模量梯度分布后絕緣子的電場分布與機械應力場分布特性。仿真結果表明：經過拓撲優(yōu)化后，合理的材料參數選擇可顯著降低絕緣子本體與金屬嵌件所形成的界面處的最大電場強度和機械應力，相較于初始的勻質支柱絕緣子，最大電場和機械應力可分別降低 40% 和 20% 以上，為增強支柱絕緣子綜合性能，提高絕緣子運行可靠性提供了技術參考。
    關鍵詞： 金屬封閉式氣體絕緣組合電器；有限元仿真；支柱絕緣子；電場分布；機械應力
    中圖分類號：TM216 ；TM595     文獻標識碼：B     文章編號：1007-3175(2024)02-0058-05
 
Performance Optimization of GIS Post Insulators by Finite Element Simulation
 
WANG Hao, LIU Tong-bao, TANG Gang, SUN Zhi-yu, ZHU Zhi-xu
（State Grid Jiangsu Electric Power Co., Ltd. Lianyungang Power Supply Company, Lianyungang 222004, China）
 
    Abstract: In order to improve the electrical resistance and mechanical srtength of the post insulator in the metal-enclosed Gas-Insulated Metal-Enclosed Switchgear (GIS), the material distribution inside the pillar insulator was designed by topology optimization method based on finite element simulation,and the electric field distribution and mechanical stress field distribution characteristics of the insulator after the gradient distribution of the relative permittivity and Young's modulus of the material were studied. The simulation results show that: after topological optimization, reasonable material parameter selection can significantly reduce the maximum electric field strength and mechanical stress at the interface formed by the insulator body and the metal insert.Compared with the initial uniform pillar insulator, the maximum electric field and mechanical stress can be reduced by more than 40% and 20% respectively,it provides a technical reference for enhancing the comprehensive performance of pillar insulators and improving the operational reliability of insulators.
    Key words: gas-insulated metal-enclosed switchgear; finite element simulation; pillar insulator; electric field distribution; mechanical stress
 
參考文獻
[1] PLESA I, NOTINGHER P V, SCHLOGL S, et al.Properties of polymer composites used in highvoltage applications[J].Polymers，2016，8(5) ：173.
[2] 何愈，何俊凌，趙玉順，等. 特高壓電氣設備用高性能復合絕緣材料配方的研制[J] . 熱固性樹脂，2020，35(6) ：54-61．
[3] 王超，李文棟，陳俊鴻，等.550 kV GIS 盆式絕緣子小型化設計(三)——縮比結構驗證[J] . 電工技術學報，2023，38(7) ：1970-1981.
[4] GUO Zihao, WU Zehua, WANG Haoran, et al.Experimental and numerical study on formation of interface separation and interfacial dielectric strength of GIL insulator[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2019，26(6) ：1738-1746.
[5] 賈云飛，高璐，汲勝昌，等. 基于有限元仿真和遺傳算法的 1 100 kV 盆式絕緣子電氣、機械性能綜合優(yōu)化[J].高電壓技術，2019，45(12) ：3844-3853．
[6] 鄭堯.GIS/GIL 絕緣子的應力與缺陷超聲檢測和機械失效機理研究[D]. 廣州：華南理工大學，2022．
[7] 王超，李文棟，楊雄，等. 基于幾何形狀/介電分布綜合優(yōu)化的 GIS/GIL 盆式絕緣子電場分布特性調控[J].中國電機工程學報，2020，40(22) ：7166-7174．
[8] 嚴璋，朱德恒. 高電壓絕緣技術[M]. 北京：中國電力出版社，2015．
[9] 陳小前，趙勇，霍森林，等. 多尺度結構拓撲優(yōu)化設計方法綜述[J]. 航空學報，2023，44(15) ：17-52．
[10] MARCK G, NEMER M, HARION J L, et al.Topology optimization using the SIMP method for multiobjective conductive problems[J].Numerical Heat Transfer Part B-Fundamentals，2012，61(6) ：439-470．