110kV避雷器電場(chǎng)仿真計(jì)算及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

110kV避雷器電場(chǎng)仿真計(jì)算

及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)清華大學(xué)電機(jī)系高電壓絕緣理論與技術(shù)研究室2013年9月18日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"110kV架空輸電線路避雷器 1110kV架空輸電線路桿塔 1\o"CurrentDocument"寶壽線110kV桿塔邊相懸垂絕緣子串模型 2瓷絕緣子串模型 2合成絕緣子串模型 3llOkV避雷器參數(shù) 3\o"CurrentDocument"絕緣子芯棒及其金具尺寸 4\o"CurrentDocument"llOkV避雷器結(jié)構(gòu)和尺寸 4總體和兩端接頭尺寸 4閥片及外殼的具體參數(shù)和結(jié)構(gòu) 6\o"CurrentDocument"110kV避雷器建模和電場(chǎng)仿真計(jì)算 8\o"CurrentDocument"建模過(guò)程 8\o"CurrentDocument"剖分過(guò)程 10\o"CurrentDocument"110kV避雷器優(yōu)化后的電場(chǎng)仿真計(jì)算結(jié)果 12電位分布結(jié)果 12電物分布先!果 14指定路徑上的電位電場(chǎng)分布結(jié)果 16\o"CurrentDocument"3不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)llOkV避雷器電場(chǎng)分布的影響 19\o"CurrentDocument"合成絕緣子傘裙長(zhǎng)度 19\o"CurrentDocument"合成絕緣子傘裙咼度 20\o"CurrentDocument"三維和二維仿真計(jì)算對(duì)比 21\o"CurrentDocument"閥片和金屬墊片總高度 29\o"CurrentDocument"瓷絕緣子和合成絕緣子傘裙數(shù)量 301玉一官イエ 34\o"CurrentDocument"均壓環(huán)環(huán)半徑 35\o"CurrentDocument"均壓環(huán)探入深度 36\o"CurrentDocument"均壓環(huán)截面長(zhǎng)度 37閥片的不冋分布方式 38\o"CurrentDocument"閥片數(shù)量為24-26片 43\o"CurrentDocument"小結(jié) 45\o"CurrentDocument"4110kV避雷器電位和電場(chǎng)仿真計(jì)算結(jié)果 47\o"CurrentDocument"合成絕緣子傘裙不同長(zhǎng)度 47\o"CurrentDocument"合成絕緣子傘裙不同髙度 71\o"CurrentDocument"閥片和金屬墊片總高度 95\o"CurrentDocument"瓷絕緣子和合成絕緣子不同數(shù)量傘裙 115\o"CurrentDocument"均壓環(huán)不同管徑 131均壓環(huán)不同環(huán)半徑 164均壓環(huán)不同探入深度 190均壓環(huán)不同截面長(zhǎng)度 218閥片不同分布方式 247閥片總數(shù)量不同的情況 271nokv架空輸電線路避雷器110kV架空輸電線路桿塔寶壽線線路桿塔共166基,全長(zhǎng)45.646km,1992年9月3日投運(yùn),導(dǎo)線型號(hào)LGJ-240,地線型號(hào)GJ-50,絕緣子型號(hào)X地7、XP-10o該線路處于雷雨多發(fā)區(qū)域，地貌類型為全線路高山大嶺。表1安裝點(diǎn)塔號(hào)、塔圖（包括塔形圖、塔頭、橫擔(dān)）序號(hào)線路名稱桿塔號(hào)桿塔型號(hào)1寶壽UOkV線路153#67TD-472寶壽UOkV線路154#67TD-473寶壽UOkV線路156#67TD-47

(a)ー(a)ー側(cè)橫擔(dān)(b)另一側(cè)橫擔(dān)圖1-2橫擔(dān)結(jié)構(gòu)圖寶壽線110kV桿塔邊相懸垂絕緣子串模型瓷絕緣子串模型絕緣子形式:瓷,XP-7(等價(jià)于XP-70)或XP-10(等價(jià)于XP-160)結(jié)構(gòu)高度:146mm公稱直徑：255mm干弧距離:75mm爬電距離:295mm(XP-7)或305mm(XP-10)額定機(jī)械拉伸負(fù)荷:70kN(XP-7)或160kN(XP10)合成絕緣子串模型絕緣子形式：合成絕緣子,FZSW3-126/4L或FZSW3-126/8F大小傘:190/155mm10-110kV復(fù)合絕緣子示意圖圖1-4llOkV合成絕緣子串結(jié)構(gòu)圖110kV避雷器參數(shù)環(huán)形,外徑100mm,內(nèi)徑45mm,高度21mm2mS方波:600ADC1mA參考電壓:6.5kV(實(shí)際6.3kV?6.7kV)10kA下雷電沖擊殘壓：WlL5kV大電流沖擊：2100kA外徑誤差：±1.0mm內(nèi)徑誤差:±0.5mm高度誤差：±0.5mm方波吸收能量：理論值90J/cn?單個(gè)閥片的電容量：(103〇?1250)pF

絕緣子芯棒及其金具尺寸參考前面的絕緣子串布置,靠近桿塔側(cè)的金具是球窩,如圖1-5所示。103*117〇圖1-5靠近桿塔側(cè)的金具結(jié)構(gòu)圖在高壓側(cè)的金具是球頭,如圖1-6所示。圖1-6靠近高壓側(cè)的金具結(jié)構(gòu)圖中間采用的是環(huán)氧芯棒,外徑18mm,兩端是壓接。完成的形狀參考前面的合成絕緣子外形。芯棒上外附5mm后的硅橡膠層,完成后外徑28mm。110kV避雷器結(jié)構(gòu)和尺寸總體和兩端接頭尺寸

圖1-7是在絕緣子芯棒加上硅橡膠護(hù)層之后,兩端壓接球頭球窩金具之后,在兩端做些處理之后的外形,其中1209mm就是避雷器的整個(gè)高度。圖1-7UOkV避雷器絕緣子芯棒結(jié)構(gòu)圖球窩處（鐵塔側(cè)）的細(xì)節(jié)如圖1-8所示。黑色是法蘭盤(pán)，金屬外徑28mm的部分是絕緣子芯棒（帶5mm的硅橡膠護(hù)層，28mm是其外徑）。紅色部分是環(huán)氧材料，在絕緣子金具上處理的,其外徑55mm,高度50mm。圖!-8球窩處（鐵塔側(cè)）的細(xì)節(jié)球頭處（高壓側(cè)）的細(xì)節(jié)如圖1-9所示。外徑28mm的部分是絕緣子芯棒（28mm是其外徑）紅色部分是環(huán)氧材料，在絕緣子上處理的，其外徑40mm,高度44mm。

圖1-9球頭處（高壓側(cè)）的細(xì)節(jié)閥片及外殼的具體參數(shù)和結(jié)構(gòu)A、閥片24-25片,高度504-5250連同金屬墊片的總高度考慮（550-700）mm比較合適,其高度以及布置需要優(yōu)化。金屬墊片可分多個(gè),外徑和內(nèi)徑與閥片相同,高度自行確定。B、桿塔側(cè)的金屬配件，高度55mm,內(nèi)徑60mm,外徑按照100mm吧，和前述的絕緣子芯棒處理后的細(xì)節(jié)A配合,看看細(xì)節(jié)上有沒(méi)有注意的或者優(yōu)化的。C、放電電極的環(huán)徑需要優(yōu)化，初始我們現(xiàn)在隨便選的ー個(gè)數(shù)是25mm;這兒注意放電電極也可以考慮是扁平狀的電極,不一定非得是圓形。放電電極的間隙距離480mm。放電間隙的位置和尺寸等需要優(yōu)化。D、避雷器的外殼方案:中空部分和前相同，外徑部分在下部有變化,變細(xì)ー些,。如圖1-10所示。圖1-10外殼結(jié)構(gòu)E、完成后大概會(huì)是這個(gè)樣子,如圖1-11所示,外殼以第一個(gè)為例，傘裙間隔50mm,外徑260mm和220mm（考慮外殼粗細(xì)）。

圖1-14110kV避雷器整體結(jié)構(gòu)圖高壓側(cè)電極（右側(cè)）可向上探入40mm。兩側(cè)電極的尺寸、位置、環(huán)徑需要優(yōu)化。nokv避雷器建模和電場(chǎng)仿真計(jì)算建模過(guò)程在ANSYS建立3D模型,為了便于說(shuō)明,以下截取了避雷器截面的一半（因?yàn)閷?duì)稱）,如圖2-1所示。底部均壓環(huán)(b)高壓側(cè)結(jié)構(gòu)(c)避雷器中部結(jié)構(gòu)(d)鐵塔側(cè)結(jié)構(gòu)圖2-1UOkV避雷器2D截面示意圖剖分過(guò)程為了更準(zhǔn)確地對(duì)避雷器與空氣網(wǎng)格疏密程度進(jìn)行控制,以及二者之間的合理網(wǎng)格疏密過(guò)渡,因此在模型中做了兩個(gè)大小不同的空氣盒子。小空氣盒子把避雷器完全包圍，其尺寸為800X1800mn?,圖2-2給出了包含小空氣盒子的截面情況。|<4W>1圖2-2小空氣盒子大空氣盒子尺寸為4000X10500mn?,其底邊為地面,如圖2-3所示:10500

10500圖2-3大空氣盒子在剖分網(wǎng)格時(shí),控制避雷器模型剖分精度最高,小空氣盒子次之,大空氣盒子精度最低。最終剖分結(jié)果如圖2-4?圖2-6圖2-4避雷器本體剖分結(jié)果圖2-5小空氣盒子剖分結(jié)果

圖2-6大空氣盒子剖分結(jié)果計(jì)算中采用的相對(duì)介電常數(shù)&如下表:相對(duì)介電常數(shù)&空氣1ZnO398硅橡膠3.5金屬106環(huán)氧樹(shù)脂4110kV避雷器優(yōu)化后的電場(chǎng)仿真計(jì)算結(jié)果優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)參數(shù)為:均壓環(huán)環(huán)半徑250mm,管徑25mm,底部均壓環(huán)的探入深度為60mm,閥片25片,5片ー組,兩組之間有一塊金屬墊片,閥片和金屬墊的總高度為580mm。電位分布結(jié)果

(a)全空間電位分布(b)避雷器電位分布(c)高壓側(cè)電位分布(d)避雷器中部電位分布(e)鐵塔側(cè)電位分布圖2-7結(jié)構(gòu)優(yōu)化后避雷器電位分布2.3.2電場(chǎng)分布結(jié)果(a)全空間電場(chǎng)分布(d)避雷器中部電場(chǎng)分布(e)鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖2-8結(jié)構(gòu)優(yōu)化后避雷器電場(chǎng)分布2.3.3指定路徑上的電位電場(chǎng)分布結(jié)果以下給出3條路徑,如圖2-9所示,分別是:(1)路徑1,經(jīng)過(guò)中間的芯棒;(2)路徑2,經(jīng)過(guò)閥片和金屬墊片;(3)路徑3,經(jīng)過(guò)絕緣子傘裙。圖2-10、2-11和2-12分別是路徑1、2、3從底至頂?shù)碾娢缓碗妶?chǎng)分布圖。路徑3：經(jīng)過(guò)絕緣子傘裙三條路徑示意圖(a)路徑1從底至頂?shù)碾娢环植?(b)路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖2-10路徑1的電位電場(chǎng)分布(a)路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?(b)路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖2-11路徑2的電位電場(chǎng)分布(a)路徑3從底至頂?shù)碾娢环植?(b)路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖2-13路徑3的電位電場(chǎng)分布

3不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)110kV避雷器電場(chǎng)分布的影響合成絕緣子傘裙長(zhǎng)度圖3.1-1合成絕緣子長(zhǎng)度示意圖如圖3.1-1所示,合成絕緣子長(zhǎng)度實(shí)際上由于避雷器上下直徑不一樣,故每組的傘裙的長(zhǎng)度均有上下兩個(gè)值,優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程取值如下表所示:表3.1-1合成絕緣長(zhǎng)度取值示意圖編號(hào)上部長(zhǎng)度/mm下部長(zhǎng)度/mm統(tǒng)ー表示/mm1100120-102105125-53110130041151355512014010612514515圖3.1-2給出了全空間最大電場(chǎng)與合成絕緣子傘裙長(zhǎng)度之間的關(guān)系,其中傘裙長(zhǎng)度采用上表中的統(tǒng)ー表示方法。

Theinsulatorrelativelength/mm圖3.1-2全空間最大電場(chǎng)與合成絕緣子傘裙長(zhǎng)度的關(guān)系合成絕緣子傘裙高度圖3.2-1合成絕緣子高度示意圖如圖3.2-1所示,避雷器上下兩部下盡管直徑不一樣,導(dǎo)致傘裙的長(zhǎng)度不ー樣,如3.1節(jié)所述。但絕緣子的高度均相同,因此本節(jié)對(duì)其高度取值范圍為15.5-30.5mm。圖3.2-2給出了全空間最大電場(chǎng)與合成絕緣子高度之間的關(guān)系。

1.4761467J——? 1 1 -~14 21 28Theinsulatorheight/mm圖3.2-2全空間最大電場(chǎng)與合成絕緣子高度的關(guān)系三維和二維仿真計(jì)算對(duì)比3.1和3.2節(jié)分別從合成絕緣子傘裙的長(zhǎng)度和高度進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)絕緣子傘裙的形狀和尺寸,對(duì)于全空間最大電場(chǎng)的影響微乎其微。由于后續(xù)的優(yōu)化均采用二維的方法,本節(jié)將對(duì)三維和二維仿真計(jì)算的差別進(jìn)行實(shí)例說(shuō)明。事實(shí)上,二維仿真計(jì)算正是利用了仿真對(duì)象對(duì)稱的特點(diǎn)，而適當(dāng)?shù)貙?duì)針對(duì)某ー個(gè)截面進(jìn)行仿真,優(yōu)點(diǎn)是剖分精度、計(jì)算精度、計(jì)算開(kāi)銷均顯著提高。而三維仿真計(jì)算,在保證一定的計(jì)算精度下,節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)會(huì)大幅增大,對(duì)計(jì)算機(jī)提出高要求。以下,為了便于三維仿真計(jì)算的開(kāi)展,同時(shí)結(jié)合3.1和3.2節(jié)的計(jì)算結(jié)果，對(duì)絕緣子傘裙作適當(dāng)?shù)刈冃?如圖3.3-1所示,三維同二維。圖3.3-1絕緣子矩形傘裙示意圖針對(duì)圖3.3J給出的算例,圖3.3-2分別給出了

（a）避雷器整體 （b）避雷器底部（c）避雷器中部 （d）避雷器頂部圖3.3-2避雷器二維電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果（矩形傘裙）圖3.3-3給出了避雷器本體三維剖分圖。

圖3.3-3避雷器本體三維剖分圖為提度計(jì)算精度,與二維相類似,設(shè)計(jì)了小空氣盒子和大空氣盒,圖3.3-4為二者的三維剖分圖。圖3.3-4大小空氣盒子三維剖分圖（左為小空氣盒子）三維電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果采用兩種方式顯示,其ー為中心截面示圖，如圖3.3-5中虛框所示的截面。圖3.3-5中心截面示意圖圖3.3-6給出了中心截面對(duì)應(yīng)的三維電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果。(a)全空間電位分布圖(b)底部電位分布圖(c)頂部電位分布圖(d)避雷器整體電場(chǎng)分布(e)避雷器底部電場(chǎng)分布(f)避雷器中部電場(chǎng)分布口口(g)避雷器頂部電場(chǎng)分布圖3.3-6中心截面對(duì)應(yīng)的三維電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果可以看到,圖3.3-6給出的最大電場(chǎng)值為1.37kV/mm,略小于二維計(jì)算的1.488kV/mm,原因可能有兩個(gè),其ー是三維計(jì)算的精度較二維粗略很多,其二是1.37kV/mm是該中心截面的最大場(chǎng)強(qiáng),并不一定代表實(shí)際三維計(jì)算的全空間最大場(chǎng)強(qiáng)，實(shí)際三維計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)仍可能比1.37kV/mm大。圖3.3-7給出了經(jīng)過(guò)表面插值方法處理后,去除空氣部分的電位電場(chǎng)分布圖,需要注意的是,在三維精度較低情況下,采用這種表面插值方法,將進(jìn)ー步降低計(jì)算結(jié)果的精度。NXALSOUTICNSUB-1TM>1MXTSW-.284E-10StK-110(a)避雷器整體電位(b)底部電位KDALSOJJTICNSTEP-1SUB-1TM>1VXTSW—.284E-10st?-110(c)中部電位KDALSOJJTICNSTEP-1SUB-1TM>1VXTSW—.284E-10(d)頂部電位(e)避雷器整體電場(chǎng)分布⑴底部電場(chǎng)分布(g)中部電場(chǎng)分布(h)頂部電場(chǎng)分布圖3.3-7經(jīng)過(guò)表面插值處理的避雷器三維電場(chǎng)計(jì)算結(jié)果閥片和金屬墊片總高度如圖3.4-I所示的閥片和金屬墊片總高度,本節(jié)對(duì)其取值范圍在550-800,實(shí)際取值為580、630、680、730和フ80mm〇圖3.4-1閥片和金屬墊片總高度示意圖圖3.4-2給出了全空間最大電場(chǎng)與閥片和金屬墊片總高度之間的關(guān)系。

Thetotalheightofvalvesandmetals/mm圖3.4-2全空間最大電場(chǎng)與閥片和金屬墊片總高度的關(guān)系對(duì)比發(fā)現(xiàn),全空間最大電場(chǎng)均出現(xiàn)在均壓環(huán)的外表面,且隨閥片和金屬墊片總高度增大而增大。瓷絕緣子和合成絕緣傘裙數(shù)量如圖3.5.1所示,單片瓷絕緣子傘裙的結(jié)構(gòu)高度為146mm,本節(jié)分別對(duì)7、8和9片傘裙的情況進(jìn)行仿真，并著重對(duì)瓷絕緣子串中心從底至頂?shù)穆窂缴系碾妶?chǎng)進(jìn)行對(duì)比。(a)瓷絕緣子傘裙7個(gè)(c)在絕緣子傘裙9個(gè)圖3.5-1不同數(shù)量的瓷絕緣傘裙(a)7片傘裙(b)8片傘裙(c)9片傘裙圖3.5-2不同數(shù)量傘裙時(shí)瓷絕緣子串中心從底至頂?shù)膱?chǎng)強(qiáng)分布圖同時(shí),本節(jié)對(duì)合成絕緣子串含大小傘的情況也進(jìn)行了研究,針對(duì)兩種傘裙總高度:800mm和960mm進(jìn)行了計(jì)算。圖3.5-3給出了合成絕緣子含大小傘的電位分布圖,圖3.5-4給出了合成絕緣子串中心從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖。(a)傘裙高度為800mm1.164（b）傘裙高度為960mm圖3.5-4合成絕緣子串中心從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖作為對(duì)比,圖3.5-5給出了如2.3節(jié)給出的優(yōu)化算例,110kV避雷器芯棒中心（即路徑1）從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖。圖3.5-5110kV避雷器芯棒中心（即路徑1）從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖對(duì)比瓷絕緣子串和合成絕緣子串，110kV避雷器方案可以有效地改善芯棒中心的電場(chǎng)分布,最大值僅為0.424kV/mm,而前兩者均超過(guò)1.1kV/mm。均壓環(huán)管徑均壓環(huán)管徑示意圖如圖3.6-1所示。優(yōu)化范圍選取為15-50mm。優(yōu)化后全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)管徑的關(guān)系如圖3.6-2所示。其中15-25mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在底部均壓環(huán)表面，30-50mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在等效導(dǎo)線表面。

均壓環(huán)管徑1.00 10 20 30 40 50Tubediameter/mm圖3.6-2全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)管徑的關(guān)系均壓環(huán)環(huán)半徑均壓環(huán)環(huán)半徑示意圖如圖3.7-1所示。優(yōu)化范圍選取為!50-300mm〇優(yōu)化后全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)環(huán)半徑的關(guān)系如圖3.7-2所示。其中150-275mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在底部均壓環(huán)表面,300mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在高壓金屬電極表面。

1.9圖3.7-1均壓環(huán)環(huán)半徑示意圖〇Idi2?80I50876543111111EE1.9圖3.7-1均壓環(huán)環(huán)半徑示意圖〇Idi2?80I50876543111111EEヽ/XEEIQ出現(xiàn)在髙壓金屬電極表面,其余出現(xiàn)在底部均壓環(huán)表面Ringradius/mm圖3.7-2全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)環(huán)半徑的關(guān)系均壓環(huán)探入深度均壓環(huán)探入深度示意圖如圖3.8-1所示。優(yōu)化范圍選取為20-80mm。優(yōu)化后全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)探入深度的關(guān)系如圖3.8-2所示?？梢钥吹?在整個(gè)范圍內(nèi),隨著均壓環(huán)探入深度整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。但是最大電場(chǎng)變化范圍很小,處于1.461-1.479kV/mm之間。均壓環(huán)

探入深度1.46120 30 40 50 60 70 80Ringdepth/mm圖3.8-1均壓環(huán)探1.46120 30 40 50 60 70 80Ringdepth/mm圖3.8-1均壓環(huán)探入深度示意圖94630747776644444EEヽ/XBEIロ圖3.8-2全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)探入深度的關(guān)系均壓環(huán)截面長(zhǎng)度均壓環(huán)截面長(zhǎng)度示意圖如圖3.9-1所示。優(yōu)化范圍選取為0-60mm。優(yōu)化后全空間最大電場(chǎng)與均壓環(huán)截面長(zhǎng)度的關(guān)系如圖3.9-2所示。可以看到,在整個(gè)范圍內(nèi),隨著均壓環(huán)截面長(zhǎng)度整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。圖3.9-1均壓環(huán)截面長(zhǎng)度示意圖1.51.41.31.21.16 10 20 30 40 50 60Tubecross-sectionlength/mm圖3.9-2均壓環(huán)表面最大場(chǎng)強(qiáng)與均壓環(huán)截面長(zhǎng)度的關(guān)系閥片的不同分布方式圖3.10-11片閥片為1組示意圖如圖3.10-1所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每1片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片。圖3.10-2給出了1片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.10-21片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布如圖3.10-3所示，閥片和墊片總高度為580mm,其中每2片閥片為1組，每組間隔著1片金屬墊片,最上面一組為3片閥片。圖3.10-4給出了2片閥片為!組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。圖3.10-32片閥片為1組示意圖（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.10-42片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布如圖3.10-5所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每3片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片,最上面一組為1片閥片。圖3.10-6給出了3片閥片為!組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。圖3.10-53片閥片為1組示意圖（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.10-63片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布

如圖3.10-7所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每4片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片,最上面一組為5片閥片。圖3.10-8給出了4片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。圖3.10-74片閥片為1組示意圖（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.10-84片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布如圖3.10-9所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每5片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片。圖3.10-10給出了5片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。

圖3.10-95片閥片為1圖3.10-95片閥片為1組示意圖(a)路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?b)路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.10-105片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布如圖3.10-11所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每6片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片,最上面一組為1片閥片。圖3.10-12給出了6片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布(從下到上)。

圖3.10-116片閥片為1組示意圖（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.10-126片閥片為1組時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布閥片數(shù)量為24-26片如圖3.11-1所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每5片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片,最上面一組為4片閥片。圖3.11-2給出了總數(shù)為24片閥片時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。圖3.11-124片閥片分布示意圖

（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.11-2閥片數(shù)量為24片時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布如圖3.11-3所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每5片閥片為1組,每組間隔著1片金屬墊片。圖3.11-4給出了總數(shù)為25片閥片時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布,紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。圖3.11-325片閥片分布示意圖（a）路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?（b）路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.11-4閥片數(shù)量為25片時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布如圖3.11-5所示,閥片和墊片總高度為580mm,其中每5片閥片為1組，每組間隔著1片金屬墊片,最上面一組為6片閥片。圖3.11-6給出了總數(shù)為26片閥片時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布，紅圈處為閥片的電位和電場(chǎng)分布（從下到上）。

圖3.11-526片閥片分布示意圖(a)圖3.11-526片閥片分布示意圖(a)路徑2從底至頂?shù)碾娢环植?b)路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖3.11-6閥片數(shù)量為26片時(shí)路徑2上的電位電場(chǎng)分布3.12小結(jié)(1)絕緣子傘裙形狀和尺寸優(yōu)化結(jié)果表明,傘裙對(duì)全空間最大電場(chǎng)分布影響微乎其微。(2)通過(guò)相同算例的三維和二維等效模型仿真計(jì)算結(jié)果對(duì)比,二維計(jì)算由于具備較三維計(jì)算剖分精度高、計(jì)算開(kāi)銷小、計(jì)算結(jié)果精度高等特點(diǎn),可以替代三維計(jì)算,并用于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。(3)閥片和墊片總高度的優(yōu)化計(jì)算表面,全空間最大電場(chǎng)分布隨總高度的增大而增大。(4)通過(guò)對(duì)不同傘裙數(shù)量的瓷絕緣子和合成絕緣子進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),110kV避雷器能更有效改善中心芯棒的電場(chǎng)分布，其中心路徑上最大電場(chǎng)值不超過(guò)0.5kV/mm。(5)均壓環(huán)管徑優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn),在管徑為15-25mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在底部均壓環(huán)表面;30-50mm情況下，最大電場(chǎng)出現(xiàn)在等效導(dǎo)線表面，建議值為25mm,此時(shí)最大電場(chǎng)值小于1.60kV/mm。(6)均壓環(huán)環(huán)半徑優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn),在環(huán)半徑為150-275mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在底部均壓環(huán)表面;300mm情況下,最大電場(chǎng)出現(xiàn)在高壓金屬電極表面,建議值為250mm,此時(shí)最大電場(chǎng)值小于!.50kV/mmo(7)均壓環(huán)探入深度優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn),在20-80mm變化范圍內(nèi)隨著均壓環(huán)探入深度整體呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，但是最大電場(chǎng)變化范圍很小，處于1.461-1.479kV/mm之間。(8)均壓環(huán)截面長(zhǎng)度優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn),在0-60mm變化范圍內(nèi)均壓環(huán)表面最大電場(chǎng)隨著均壓環(huán)截面長(zhǎng)度整體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),變化范圍從1.43kV/mm下降到1.11kV/mm。(9)閥片的不同分布方式優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn),從1片到6片為1組對(duì)全空間最大電場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有影響,但是對(duì)閥片本身的電位和電場(chǎng)值分布有影響。(10)閥片數(shù)量為24-26片三種情況下,對(duì)全空間最大電場(chǎng)強(qiáng)度沒(méi)有明顯影響，對(duì)閥片的電位和電場(chǎng)值分布影響也不明顯。4110kV避雷器電位和電場(chǎng)仿真計(jì)算結(jié)果合成絕緣子傘裙不同長(zhǎng)度長(zhǎng)度100mm（下部）120mm（上部）圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖二」圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖長(zhǎng)度105mm（下部）125mm（上部）圖1全空間電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖鼠

圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖長(zhǎng)度110mm（下部）130mm（上部）圖1全空間電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖長(zhǎng)度115mm（下部）135mm（上部）圖1全空間電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖長(zhǎng)度120mm（下部）140mm（上部）圖1全空間電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖鼠

圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖長(zhǎng)度125mm（下部）145mm（上部）圖1全空間電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖合成絕緣子傘裙不同高度高度為15.5mm圖1全空間電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖4.2.44.2.4圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖高度為24.5mm圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖:r:圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖高度為30.5mm圖1全空間電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖閥片和金屬墊片總高度總高度為580mm圖1全空間電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖總高度為680mm圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖ー〇 ー_, 圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖:r:nor4.3.44.3.4圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖總高度為730mm圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖:r:圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖

圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖

圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖4.44.44.4.1圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖瓷絕緣子和合成絕緣不同數(shù)量傘裙瓷絕緣子傘裙數(shù)量為7個(gè)圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖nw'-エ圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖4.4.2瓷絕緣子傘裙數(shù)量為8個(gè)圖1全空間電位分布圖

圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖:r:nor圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖4.4.3瓷絕緣子傘裙數(shù)量為9個(gè)圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖合成絕緣子大小傘裙數(shù)量10對(duì)圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖

圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖合成絕緣子大小傘裙數(shù)量12對(duì)

圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖:r:nor小圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖4.5均壓環(huán)不同管徑管徑為15mm圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖管徑為20mm

圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖:r:nor圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖

圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖

圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖kxk.taanat圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖

圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖

圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖

圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電位分布圖

圖4避雷器中部電位分布圖圖5避雷器鐵塔側(cè)電位分布圖圖6避雷器整體電場(chǎng)分布圖

圖7避雷器高壓端電場(chǎng)分布圖圖8避雷器中部電場(chǎng)分布圖圖9避雷器鐵塔側(cè)電場(chǎng)分布圖圖10路徑1從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖11路徑2從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖圖12路徑3從底至頂?shù)碾妶?chǎng)分布圖4.6均壓環(huán)不同環(huán)半徑4.6,1環(huán)半徑為150mm圖1全空間電位分布圖圖2避雷器整體電位分布圖圖3避雷器高壓端電/r/