，以圖中箭頭起始位置為橫坐標(biāo)原點(diǎn)，箭頭指向?yàn)闄M坐標(biāo)距離增大方向
，縱坐標(biāo)為在0～2mm范圍內(nèi)各部位電場(chǎng)強(qiáng)度
，左右出線套管與氣箱殼體之間密封圈附近電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離變化的曲線見圖10。
圖7 出線套管傘裙處電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線圖
圖8 出線套管與絕緣盒間隙電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線圖
圖9 出線套管密封圈附近電場(chǎng)強(qiáng)度分布
圖10 密封圈附近空氣域強(qiáng)度分布曲線圖
從圖9
、10中可以看出左右出線套管與氣箱殼體之間密封圏附近空氣域電力線較為集中
，左側(cè)密封圈附近空氣域最高電場(chǎng)強(qiáng)度約為8.9kV/mm左右；右側(cè)密封圏空氣域附近最高電場(chǎng)強(qiáng)度約為8.7kV/mm左右
；均超過空氣域的擊穿場(chǎng)強(qiáng)2.5～3.0kV/mm,引
起這一區(qū)域局部放電
。故認(rèn)為此處空氣域電場(chǎng)強(qiáng)度過高也是產(chǎn)生局部放電的主要原因之一。
為了降低左側(cè)出線套管與內(nèi)置電子式電流傳感器之間小氣隙
、出線套管與絕緣盒之間小氣隙
、出線套管與氣箱殼體之間密封圈附近氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度；減小高頻率局部放電對(duì)電子式電流傳感器小信號(hào)傳輸產(chǎn)生的干擾
；避免因長期局部放電導(dǎo)致開關(guān)發(fā)生絕緣故障；同時(shí)滿足現(xiàn)如今國網(wǎng)招標(biāo)中ZW20型柱上開關(guān)在電壓為14.4kV條件下
，局放量滿足20PC以下的指標(biāo)要求
。需對(duì)現(xiàn)有ZW20型柱上開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
4 開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
4.1 開關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型
根據(jù)復(fù)合絕緣中相對(duì)介電常數(shù)低的電介質(zhì)將承受較髙的電場(chǎng)強(qiáng)度
，為了改善內(nèi)置電子式電流傳感器與出線套管之間
、出線套管與絕緣盒之間小氣隙、出線套管與氣箱殼體之間密封圈附近空氣氣隙電場(chǎng)分布
，更為合理的利用環(huán)氧樹脂優(yōu)異的絕緣性能
。考慮在12kV的ZW20型柱上開關(guān)左右出線套
管內(nèi)增設(shè)法蘭屏蔽罩6
、14,并優(yōu)化絕緣盒動(dòng)端
、靜端與左右出線套管導(dǎo)電銅棒連接方式
；兩側(cè)均不釆用導(dǎo)電環(huán)的連接方式，左側(cè)出線套管內(nèi)銅棒5與軟連接9直接通過螺栓8進(jìn)行固定連接
，右側(cè)出線與真空滅弧室靜端通過梅花觸頭13連接
。與優(yōu)化前相比減少零部件數(shù)量，降低成本
，方便裝配與拆卸
。優(yōu)化后的開關(guān)模型見圖11。
圖11 優(yōu)化后柱上開關(guān)模型剖面圖
4.2 開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后電場(chǎng)分布
優(yōu)化設(shè)計(jì)后開關(guān)模型電場(chǎng)強(qiáng)度分布見圖12
。從圖12中可以看出：絕緣拉桿及內(nèi)置電子式電壓傳感器附近電場(chǎng)分布與優(yōu)化前基本保持一致
；出線套管內(nèi)增設(shè)法蘭屏蔽罩后，內(nèi)置電子式電流傳感器與出線套管之間小氣隙電場(chǎng)強(qiáng)度明顯得到改善
，其最高電場(chǎng)強(qiáng)度從3.2kV/mm下降到0.6kV/mm
；出線套管與絕緣盒之間小氣隙電場(chǎng)強(qiáng)度也得到了改善；左右出線套管與氣箱殼體之間密封圈附近空氣氣隙電場(chǎng)強(qiáng)度明顯減小
，其最高電場(chǎng)強(qiáng)度分別從8.9
、8.7
kV/mm下降到0.3、0.2kV/mm,都遠(yuǎn)小于空氣的介電強(qiáng)度
，改變了優(yōu)化前環(huán)氧樹脂及空氣氣隙組合絕緣電場(chǎng)強(qiáng)度分布不合理的狀況
，降低了小氣隙的電場(chǎng)強(qiáng)度。但出線套管環(huán)氧樹脂絕緣材料較優(yōu)化前耐受了更大的電場(chǎng)強(qiáng)度
，為了更加直觀的判斷結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后出線套管環(huán)氧樹脂是否依然滿足絕緣性能要求
，需提取法蘭屏蔽罩附近的電場(chǎng)強(qiáng)度分布做進(jìn)一步分析。
圖12 優(yōu)化后ZW20型柱上開關(guān)電場(chǎng)強(qiáng)度分布
4.3 優(yōu)化后法蘭屏蔽罩附近電場(chǎng)分布
優(yōu)化后的12kV柱上開關(guān)左右出線套管法蘭屏蔽罩附近環(huán)氧樹脂的電場(chǎng)分布見圖13
。以圖中箭
起始位置為橫坐標(biāo)原點(diǎn)
，箭頭指向?yàn)闄M坐標(biāo)距離增大方向，縱坐標(biāo)為出線套管法蘭屏蔽罩附近環(huán)氧樹脂的電場(chǎng)強(qiáng)度
，開關(guān)左右兩側(cè)出線套管法蘭屏蔽罩附近環(huán)氧樹脂電場(chǎng)強(qiáng)度隨距離變化的曲線見圖14.
從圖13中可以看到
，優(yōu)化后出線套管與殼體密封圈附近小氣隙、電流傳感器與左側(cè)出線套管之間的小氣隙的電場(chǎng)分布明顯得到改善
，電力線集中分布在開關(guān)左右兩側(cè)出線套管環(huán)氧樹脂上
，避免因小氣隙而造成開關(guān)局部放電現(xiàn)象的發(fā)生。從圖14中可以看出
，左側(cè)出線套管環(huán)氧樹脂法蘭屏蔽罩附近最高電場(chǎng)強(qiáng)度為6.5kV/mm左右
；右側(cè)法蘭屏蔽罩附近最高電場(chǎng)強(qiáng)度為4.8kV/mm左右，均小于環(huán)氧樹脂產(chǎn)生局部放電的判據(jù)
，同時(shí)不影響環(huán)氧樹脂絕緣件的絕緣水平
。
圖13 出線套管法蘭屏蔽罩附近電場(chǎng)強(qiáng)度分布
5 試驗(yàn)結(jié)果與討論
為了在實(shí)際工程中驗(yàn)證此優(yōu)化方案可行性，出線套管及接地法蘭屏蔽罩通過采用自動(dòng)壓力凝膠法和包封技術(shù)手段共同澆注成型，針對(duì)優(yōu)化后的兩臺(tái)整體樣機(jī)進(jìn)行局放測(cè)試
。為了避免設(shè)備及環(huán)境對(duì)測(cè)試的影響
，試驗(yàn)采用同一工頻及局放測(cè)試設(shè)備
并控制測(cè)試環(huán)境，測(cè)試照片見圖15,優(yōu)化后兩臺(tái)樣機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)見表3
。
對(duì)比表1與表3中整機(jī)合閘狀態(tài)下三相局放量數(shù)據(jù)可知
，優(yōu)化后樣機(jī)的局放量明顯降低，兩臺(tái)樣機(jī)三相局部放電測(cè)試的局放量均在15pC以下
，滿足國家電網(wǎng)相關(guān)招標(biāo)技術(shù)文件中
，對(duì)柱上開關(guān)整機(jī)的局部放電水平1.2
Ur≤20pC范圍內(nèi)，表明此優(yōu)化方案設(shè)計(jì)不僅驗(yàn)證了仿真結(jié)果也同樣適用于實(shí)際工程
。
6 結(jié)論
通過對(duì)12kV的ZW20型柱上開關(guān)電場(chǎng)分布進(jìn)行分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
，獲得如下結(jié)論：
圖14 出線套管法蘭屏蔽罩附近電場(chǎng)強(qiáng)度分布曲線圖
圖15 局部放電測(cè)試照片
表3 局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)
1)開關(guān)左右出線套管與氣箱殼體密封圈附近空
氣域、電流傳感器與出線套管之間小氣隙
、絕緣盒與出線套管之間小氣隙電場(chǎng)分布較為集中
，超出了空氣的介電強(qiáng)度，引發(fā)空氣電離
，此位置是造成開關(guān)局部放電的主要根源
。
2)提出一種出線套管銅棒與絕緣盒動(dòng)端、靜端的新型連接方式
，同時(shí)在其內(nèi)部增設(shè)法蘭屏蔽罩的優(yōu)化方案
。在保證了環(huán)氧樹脂絕緣水平的前提下，通過對(duì)比分析優(yōu)化前后出線套管密封圈附近小氣隙
、電流傳感器與左側(cè)出線套管之間的小氣隙的電場(chǎng)分布
；以及對(duì)比優(yōu)化前后樣機(jī)試驗(yàn)的局部放電測(cè)試數(shù)據(jù)，從理論上和實(shí)際中驗(yàn)證了此優(yōu)化方案的可行性
。
3)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的柱上開關(guān)設(shè)備
，其零部件數(shù)量減少，成本降低
，裝配與拆卸方便
。
文中通過對(duì)12kV的ZW20型柱上開關(guān)出線套管絕緣結(jié)構(gòu)及銅棒連接方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決因內(nèi)置電子式電流傳感器與左側(cè)出線套管之間小氣隙
、絕緣盒與出線套管之間小氣隙
、出線套管與氣箱殼體密封圈附近空氣域電場(chǎng)分布集中導(dǎo)致局放過高的問題，在理論上和實(shí)際中達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)
。
