252kV分支母线结构优化设计

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摘 要：为使装配简单化、提高生产效率，参照其他电压等级母线结构对252kv分支母线结构进行优化设计。

关键词：252kV分支母线；结构优化设计

中图分类号：TB482.2文献标识码：A

252kV分支母线优化方案

252kV母线目前结构如图一所示：罐体是法兰与筒焊接而成，采用铸造导体加焊接导体结构，导体与触头通过表带触指连接，在实际生产中罐体焊接加工较为复杂，而且此种结构装配比较麻烦，装配工艺要求较高，为了提高生产效率，结合我公司其他电压等级母线结构，252kV分支母线进行优化设计方案如图二：罐体采用铸造部分(1)与铝合金管(2)焊接，导体采用铸造触头(3)与铝合金管导体(4)通过弹簧触指(5)连接方式。

图一：252kV母线目前结构 图二：252kV母线优化设计方案

二、252kV通流能力计算

弹簧触指连接方式为我公司成熟方案，本次结构优化只考虑252kV母线通流及触指短时耐受电流能力，绝缘性能计算条件为雷电冲击耐受电压1050kV。

参照363、550kV母线结构，选取我公司通用弹簧触指数据如下：圈数：nr=78，铜丝直径d=1.5mm；母线选取铝合金管：直径D1=120mm，电接触处内径D2=90mm。母线额定电流4000A，弹簧触指接触部位短时耐受电流50kA，设计系数取k=1.1

导体通流要求：k·I1≤j·S[1] (1)

j为材质允许电流密度：取j=1.1～1.15A/mm2

带入具体数值：4400A=1.1·I1≤1.1·π(D12- D22)/4=5440A满足通流要求；

弹簧触指通流能力计算：I2=2mnrS0[jr]/k17[1] (2)

弹簧触指短时耐受电流能力计算：I3=2mnrS0[jk]/k17[1] (3)

m：弹簧触指并联条数：本方案取3

nr：弹簧额定圈数

S0：铜丝截面积(mm2),S0=πd2/4

[jr]、[jk]：允许电流密度(A/mm2)

k17：设计裕度取1.1

带入参数计算得出：I2=4518AI3=69kA满足通流要求。

三、优化结构电场计算

通过ANSYS模拟计算雷电冲击耐受电压1050kV满足要求，通过模拟计算得出花瓣结构处导体(图二中序号3)电场强度最大，ANSYS模拟见图三，得出电场强度最大值为27.35 kV/mm

不同气压下的电场强度许用值：（单位：kV/mm）

其中0.5MPa为低温地区SF6气体压力。

通过模拟计算得出结论：分支母线满足设计要求。图三

四、 优化结构特点

罐体结构简单，铸造法兰部分(图二序号1)可以不受罐体长度影响进行批量铸造机加，焊接时只需根据母线长度选取对应的铝合金管，减少了焊后机加工作，而且整个罐体焊接方式简单。导体也摆脱了传统的铸造加焊接的生产模式，接头(图二序号3)可以批量铸造机加，铝合金管导体(图二序号4)机加更简单。母线装配模式也降低导体机加的精度要求，而且导体间取消的螺栓连接的方式，导向环的设置使装配工序简单化。另外此方案通过增加铸造一段罐体设置充气孔、防爆膜，补充本段母线，对比图一原252kV母线通过在罐体上焊接充气座，手孔的方式增加充气孔、防爆膜，本方案从另一方面亦提高了母线生产效率。

综上，此方案对于分支母线罐体和导体的生产、焊接及整体装配都较大程度提高了生产效率，能满足我公司批量生产GIS、HGIS的要求，达到了预期目的。

五、试验验证

根据计算结果，下一步设计详细图纸，生产试制母线进行绝缘试验，以达到产品要求，早日投向市场。

参考文献：

[1] 黎斌.SF6高压电气设计 北京：机械工业出版社，2009.

[2] 任中毅，宫国利.气体绝缘[M].哈尔滨：哈尔滨电工学院出版社，1993.