CN108766682A - 高压套管及使用该高压套管的高压电器设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压套管及使用该高压套管的高压电器设备。均场段设置为平滑状，其形状相对规则，没有尖端凸起，这样当均场段处于电场中时，电场在均场段上的各处的电场强度就基本相同，使得套体上最大的电场强度相对降低，从而保证了高压套管的绝缘能力，避免了高压套管发生闪络现象，提高了高压套管的安全等级。

Description

高压套管及使用该高压套管的高压电器设备

技术领域

本发明涉及一种高压套管及使用该高压套管的高压电器设备。

背景技术

高压套管主要有单层屏蔽筒管结构和双层屏蔽筒管结构，如申请公布号CN105811294A的中国专利文献公开了一种出线套管结构，包括复合绝缘子以及设置在复合绝缘子的内腔中的高压导体，屏蔽筒有两个，分别是接地屏蔽筒和中间屏蔽筒，接地屏蔽筒与法兰连接，中间屏蔽筒与支撑绝缘子连接，通过中间屏蔽筒和接地屏蔽筒形成的双层屏蔽结构，提高出线套管的绝缘裕度，但是这种双层屏蔽结构的套管由于需要设置两层屏蔽筒，会增加套管的成本，而且也会增加装配难度。

单层屏蔽筒管的结构如图1所示，包括套体，套体的一端安装有高电位法兰10、另一端安装有低电位法兰50，高压导体20安装在高电位法兰10上，屏蔽筒40穿装在高压导体上且下端安装在低电位法兰上，屏蔽筒与安装端相对的另一端为自由端，自由端设置为卷绕状，改善电场分布，避免出现尖端放电现象。套体的外周上套装有硅橡胶套，硅橡胶套上间隔分布有多个伞裙30，用于增加套管的爬电距离，这种结构的套管采用内置单层屏蔽筒的结构，一定程度上降低了成本和转配难度，但是套管采用单层屏蔽筒后对高压导体的屏蔽效果明显减小，增大了套管闪络风险。尤其是在550kV以上电压等级的场合中，这种单层屏蔽结构的高压套管更容易发生闪络现象，安全风险极大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压套管，以解决现有的高压套管容易产生闪络现象造成的安全风险大的问题；同时，本发明还提供一种使用上述高压套管的高压电器设备。

为实现上述目的，本发明的高压套管采用如下技术方案：

方案1：高压套管，包括套体以及设置于套体中心位置处的高压导体，所述套体上设有悬伸到所述套体的内腔中并处于所述高压导体与套体之间的屏蔽筒，所述套体的外周上分布有伞裙，所述套体的外周面上于电场强度的最大位置处设有沿套体轴向延伸设定长度的均场段，所述均场段的形状为平滑状，所述均场段轴向两端的所述伞裙构成场均段伞裙，两个场均段伞裙之间的轴向间距大于其他任意相邻两伞裙之间的轴向间距。

本发明的有益效果是：均场段设置为平滑状，其形状相对规则，没有尖端凸起，这样当均场段处于电场中时，电场在均场段上的各处的电场强度就基本相同，使得套体上最大的电场强度相对降低，从而保证了高压套管的绝缘能力，避免了高压套管发生闪络现象，提高了高压套管的安全等级。

方案2，在方案1的基础上进一步改进得到：所述均场段为圆筒状，场强分布均匀，加工方便。

方案3，在方案1或2的基础上进一步改进得到：所述均场段靠近所述屏蔽筒的悬伸端的外侧设置。

方案4，在方案1或2的基础上进一步改进得到：所述套体的外周上套装有硅橡胶套，所述伞裙设置在所述硅橡胶套的外周上，所述均场段为所述硅橡胶套的一部分。

方案5，在方案1或2的基础上进一步改进得到：所述屏蔽筒设有一个，其悬伸端为卷绕状。

本发明的高压电器设备采用如下技术方案：

方案1：高压电器设备，包括设备基体，所述设备基体上安装有高压套管，所述高压套管包括套体以及设置于套体中心位置处的高压导体，所述套体上设有悬伸到所述套体的内腔中并处于所述高压导体与套体之间的屏蔽筒，所述套体的外周上分布有伞裙，所述套体的外周面上设有均场段，所述均场段的形状为平滑状且处于所述套体上电场强度最大的位置处，所述均场段轴向两端的所述伞裙构成场均段伞裙，两个场均段伞裙之间的轴向间距大于其他任意相邻两伞裙之间的轴向间距。

方案2，在方案1的基础上进一步改进得到：所述均场段为圆筒状。

方案3，在方案1或2的基础上进一步改进得到：所述均场段靠近所述屏蔽筒的悬伸端的外侧设置。

方案4，在方案1或2的基础上进一步改进得到：所述套体的外周上套装有硅橡胶套，所述伞裙设置在所述硅橡胶套的外周上，所述均场段为所述硅橡胶套的一部分。

方案5，在方案1或2的基础上进一步改进得到：所述屏蔽筒设有一个，其悬伸端为卷绕状。

附图说明

图1为现有技术中的550kV高压套管的结构示意图；

图2为本发明的高压电器设备的实施例1中的550kV高压套管的结构示意图；

图3为图2中A处的局部放大图；

图4为本发明的高压电器设备的实施例1中550kV高压套管改进后的尺寸对比图；

图5为现有技术中的550kV高压套管的ANSYS软件电场模拟图；

图6为图5中的硅橡胶套的电场强度模拟结果图；

图7为本发明的高压电器设备的实施例1中550kV高压套管的ANSYS软件电场模拟图；

图8为图7中的硅橡胶套的电场强度模拟结果图；

图9为现有技术中的420kV高压套管的结构示意图；

图10为本发明的高压电器设备的实施例2中420kV高压套管的结构示意图；

图11为本发明的高压电器设备的实施例2中420kV高压套管改进后的尺寸对比图；

图12为现有技术中的420kV高压套管的ANSYS软件电场模拟图；

图13为图12中的硅橡胶套的电场强度模拟结果图；

图14为本发明的高压电器设备的实施例2中420kV高压套管的ANSYS软件电场模拟图；

图15为图14中的硅橡胶套的电场强度模拟结果图。

图中：10、高电位法兰；20、高压导体；30、伞裙；40、屏蔽筒；50、低电位法兰；1、高电位法兰；2、高压导体；3、套体；4、屏蔽筒；5、低电位法兰；31、刚性筒；32、硅橡胶套；33、伞裙；34、均场段；41、悬伸端。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的高压电器设备的具体实施例1，如图2至图8所示，高压电器设备，包括设备基体，设备基体上安装有高压套管，本发明的高压套管为550kV高压套管。高压套管包括套体3以及设置于套体3中心位置处的高压导体2，套体3的一端安装有高电位法兰1、另一端安装有低电位法兰5，高压导体2安装在高电位法兰1上，屏蔽筒4穿装在高压导体2上且下端安装在低电位法兰5上，套体3上设有悬伸到套体3的内腔中并处于高压导体2与套体3之间的屏蔽筒4，套体的外周上分布有伞裙33，套体的外周面包括增爬段和均场段34，伞裙33分布在增爬段上，均场段34的形状为平滑状且均场段34的位置与屏蔽筒4的悬伸端41对应。

此处要说明的是均场段34指的是高压套管上能够使屏蔽筒4的端部产生的电场强度均匀的部分。均场段34设置为平滑状，其形状相对规则，没有尖端凸起，这样当均场段处于电场中时，电场在均场段上的各处的电场强度就基本相同。根据电场原理可知，屏蔽筒的悬伸端41上的电场强度最大，而将均场段与屏蔽筒的悬伸端41对应设置，使得套体上最大的电场强度相对降低，从而保证了高压套管的绝缘能力，避免了高压套管发生闪络现象，提高了高压套管的安全等级。

在本实施例中，套体包括刚性筒31以及套装在刚性筒31上的硅橡胶套32，伞裙33一体设置在硅橡胶套32的外周上，而均场段即为硅橡胶套32对应屏蔽筒的悬伸端的位置处的没有设置伞裙的部分，此时均场段为圆筒状。这样加工方便，而且结构强度高。

屏蔽筒在套体上感应出的电场强度在屏蔽筒的悬伸端的外侧处的强度最大，因此，为更好地改善套体上的电场分布，将均场段靠近屏蔽筒4悬伸端的外侧设置。当然，当适用于不同电压等级的场合中时，或者套体的结构尺寸变化时，均场段的位置也根据实际要求变化。

在本实施例中，屏蔽筒4设有一个，其悬伸端为卷绕状。通过设置均场段，降低了套体上的电场的最大值，这样设置一个屏蔽筒即能够使高压套管的绝缘强度满足要求。使高压套管的结构简单，便于装配。

图4为改进后的550kV高压套管的尺寸对比图，在设计时，伞裙33包括外延长度较大的长伞裙和外延长度较小的短伞裙，两个长伞裙之间设置有两个短伞裙。长伞裙与短伞裙之间的轴向间距c为42mm，两个短伞裙之间的轴向间距b为35mm，而两个长伞裙之间的轴向间距a为112mm。本实施例中的均场段34可以认为是将相邻的两个长伞裙之间的短伞裙去掉而形成的，即均场段34的轴向长度为112mm。由于现有技术中伞裙在轴向上均匀布置，因此，均场段34的轴向长度大于其他任意两个伞裙之间的轴向间距。

图6为现有技术中的550kV高压套管的硅橡胶套的电场强度ANSYS软件模拟结果图，从图中可以明显看出伞裙根部处即图中B处(红色区域)的电场强度远大于硅橡胶套的圆筒状处(橘黄色区域)的电场强度，最大值为2.566kV/mm。

图8为本实施例中550kV高压套管硅橡胶套的电场强度ANSYS软件模拟结果图，从图中最大值仍然出现在均场段相邻的伞裙的根部即图中C处(红色区域)位置处，为2.330kV/mm，而均场段上的电场强度相对较为均匀，此处需要进行说明的是图中通过颜色来表示电场强度的大小，图中的均场段的颜色仅表示该状态下各个位置的相对关系，实际上均场段的绝对电场值小于现有技术中的图6中B处的电场值。

通过对比分析，带均场段的单层内屏蔽套管电场比现有技术中的单层内屏蔽套管电场减低了(2.566-2.330)/2.566×100％＝9.20％。即对550kV单层内屏蔽套管来说，其内绝缘强度提高9.20％，减少了套管内部的闪络概率，提高了高压套管的电场强度。

本发明中，均场段轴向两端的伞裙构成了均场段伞裙，两均场段伞裙的轴向间距即为均场段的长度，而其他任意相邻两伞裙之间的轴向间距是指，均场段伞裙与相邻外端的伞裙之间的轴向间距，以及其他的除均场段伞裙外其他伞裙之间轴向间距。

本发明的高压电器设备的实施例2，如图9至图15所示，本发明的高压套管为420kV的高压套管，图9为现有技术中420kV高压套管的示意图，高压套管同样包括套体，在套体内设置有屏蔽筒4，套体的外部沿轴向布置有多个伞裙33，套体包括刚性筒和位于刚性筒外部的硅橡胶套，伞裙33分布在硅橡胶套上。改进后的420kV高压套管的结构如图10所示，在套体上与屏蔽筒4端部对应的位置处去掉两个伞裙33，以在硅橡胶套上形成了未设置伞裙的均场段34。

图11为改进后的420kV高压套管的尺寸对比图，在设计时，伞裙33包括外延长度较大的长伞裙和外延长度较小的短伞裙，长伞裙和短伞裙沿轴向交替依次布置。相邻的长伞裙与短伞裙之间的轴向间距b为36mm。本实施例中的均场段34可以认为是将相邻的两个长伞裙和短伞裙去掉而形成的，即均场段34的轴向长度a为108mm。由于现有技术中伞裙在轴向上均匀布置，因此，均场段34的轴向长度大于其他任意两个伞裙之间的轴向间距。

通过对现有技术中的420kV高压套管和改进后的420kV高压套管进行ANSYS仿真分析，可以分别得到图13和图15中的示意图。由图13和图15可以得知，现有技术中，硅橡胶套外部最大的电场强度发生在伞裙33的根部所在的B处，最大值为2.463kV/mm，在具有均场段34后，硅橡胶套外部最大的电场强度发生在均场段34所在的C处，最大值为2.195kV/mm。而且，在均场段34处的电场强度分布更加均匀。

针对上述的两个实施例中的仿真情况，得出如下表格：

高压套管类型	改前最大电场强度	改后最大电场强度	降低率
				550kV	2.566	2.330	9.20％
420kV	2.463	2.195	10.88％

由表可以看出，在增加了均场段34后，无论是对于550kV高压套管还是420kV高压套管，外部最大电场强度降低了10％左右。当然，对于其他等级的高压套管，本发明中将不再一一详述。

本发明的高压电器设备的实施例3，在本实施例中，设置双侧屏蔽筒结构，具体结构如申请公布号CN 105811294 A的中国专利文献中的结构，其他与实施例1相同，不再赘述。

本发明的高压电器设备的实施例4，在本实施例中，均场段设置为圆弧状，其他与实施例1相同，不再赘述。

本发明的高压电器设备的实施例5，在本实施例中，套体设置为一体式的瓷套结构，其他与实施例1相同，不再赘述。

本发明的高压套管的实施例，所述高压套管与上述高压电器的实施例中的高压套管的结构相同，不再赘述。

Claims (10)

1.高压套管，包括套体以及设置于套体中心位置处的高压导体，所述套体上设有悬伸到所述套体的内腔中并处于所述高压导体与套体之间的屏蔽筒，所述套体的外周上分布有伞裙，其特征在于：所述套体的外周面上于电场强度的最大位置处设有沿套体轴向延伸设定长度的均场段，所述均场段的形状为平滑状，所述均场段轴向两端的所述伞裙构成场均段伞裙，两个场均段伞裙之间的轴向间距大于其他任意相邻两伞裙之间的轴向间距。

2.根据权利要求1所述的高压套管，其特征在于：所述均场段为圆筒状。

3.根据权利要求1或2所述的高压套管，其特征在于：所述均场段靠近所述屏蔽筒的悬伸端的外侧设置。

4.根据权利要求1或2所述的高压套管，其特征在于：所述套体的外周上套装有硅橡胶套，所述伞裙设置在所述硅橡胶套的外周上，所述均场段为所述硅橡胶套的一部分。

5.根据权利要求1或2所述的高压套管，其特征在于：所述屏蔽筒设有一个，其悬伸端为卷绕状。

6.高压电器设备，包括设备基体，所述设备基体上安装有高压套管，所述高压套管包括套体以及设置于套体中心位置处的高压导体，所述套体上设有悬伸到所述套体的内腔中并处于所述高压导体与套体之间的屏蔽筒，所述套体的外周上分布有伞裙，其特征在于：所述套体的外周面上设有均场段，所述均场段的形状为平滑状且处于所述套体上电场强度最大的位置处，所述均场段轴向两端的所述伞裙构成场均段伞裙，两个场均段伞裙之间的轴向间距大于其他任意相邻两伞裙之间的轴向间距。

7.根据权利要求6所述的高压电器设备，其特征在于：所述均场段为圆筒状。

8.根据权利要求6或7所述的高压电器设备，其特征在于：所述均场段靠近所述屏蔽筒的悬伸端的外侧设置。

9.根据权利要求6或7所述的高压电器设备，其特征在于：所述套体的外周上套装有硅橡胶套，所述伞裙设置在所述硅橡胶套的外周上，所述均场段为所述硅橡胶套的一部分。

10.根据权利要求6或7所述的高压电器设备，其特征在于：所述屏蔽筒设有一个，其悬伸端为卷绕状。