1、高壓GIS開關設備共箱母線內支柱絕緣子的受力分析1概述GIS開關設備共箱母線系三相共箱封閉式，殼體內充一定氣壓的SF6氣體，通過支柱絕 緣子將三相導體固定在使其結構成為三角形布置的位置上，對導流母線具有絕緣和支撐作 用，詳細結構見圖1所示。2支柱絕緣子的受力類型共箱母線在高壓運行條件下，支柱絕緣子不但承受一定電負載下的絕緣作用，而且還要能夠 承受以下各種力作用下的機械強度：1）重力支柱絕緣子在共箱母線內承受著自身和導體的重力作用；2）熱脹冷縮產生的應力高壓GIS開關設備中的導體通常是銅質與鋁合金配套使用，導體通過支柱絕緣子兩點固定 時，銅質導體與鋁合金導體、鋁合金筒體的熱膨脹系數不一致，由于熱

2、脹冷縮效應，使兩種相互 連接的材質間產生相對位移，從而相當于給支撐導體的支柱絕緣子施加彎矩；3）電動力在短路電流的作用下，導體間會產生最大的電動力，所以支柱絕緣子還承受電動力的作用；4）安裝時的應力支柱絕緣子由調節螺釘經過調整并擰緊，如果調節螺釘沒有調整到理想的位置，將產生安裝應 力。3支柱絕緣子的受力分析及計算由于GIS共箱母線的結構相同，取其中一節母線進行受力分析，其簡化的數學模型如圖2 所示。圖中將支柱絕緣子直接固定在殼體上，通過緊固螺釘擰緊并與其它元件相連，支柱絕緣子等效為 一定直徑的環氧樹脂棒，緊固螺釘等效為一定直徑的金屬棒共箱母線布置結構中的A相與C相對 稱，在正常運行條件下，受力

3、相同并長期承受彎矩的作用，且受力最苛刻。因此，取入相進行受 力分析，結構參數及其坐標系見圖3。通過以上對GIS開關設備共箱母線的布置結構進行數據模型簡化，并對支柱絕緣子進行受力分析 后，計算分析如下：1）重力根據銅質導體和用環氧樹脂澆注的絕緣子材料屬性，可以計算出等效總重力為G，其方向為 Y軸的負方向，如圖3所示：G=G1+G2=-800NG-等效總重力；G1-銅質導體的重力；G；-支柱絕緣子的重力。2）電動力當A，B兩相出現短路故障時，A相導體所受的電動力最大，此時假設IA=-IB=125kA，L=2.5m， D=0.2446m，大電流產生的電動力為：Fd=2X10-7lAIBL/D（N）=

4、2X 10-7X 1250002 X2.5/0.2446=31940N式中IA-A相導體中流過的電流，A；IB-B相導體中流過的電流，A；L-A、B兩相導體的長度，m； ID-A、B兩相兩導體中心的距離，m。 I由于GIS開關設備共箱母線內每相導體由兩只絕緣子支撐(見圖1),因此每只支柱絕緣子所 受的電動力為：Fdi=Fd/2=15970NF；的方向為沿A，B兩相導體中心連線的方向，且遠離A相、B相導體，與Y軸的夾角為45， 如圖3所示。將Fd沿X軸、Y軸方向分解，則有：Fdx=-Fdsin45=-11292.5N，該力將使絕緣子受壓。Fdy=FdCos45=11292.5N，該力將使絕緣子承

5、受向上的彎矩。f將使支柱絕緣子受壓，Fdy將使支柱絕緣子承受向上的彎矩。熱脹冷縮產生的力銅材的線膨脹系數為a 1=1710-6(1/)；鋁材的線膨脹系數為a 2=22X10-6(1/0；運行時銅導體的最大允許溫升為50K，鋁筒體的溫升為30K ；兩固定點之間的距離為L=1.1m(見圖1)。型式試驗時，當導體內通以額定電流為3150A，導體的溫升為40.4K，鋁簡體 的溫升為14K。在此條件下，導體與筒體之間的相對位移S為：S=L(40.4a 1-14a 2)=1.1X(17X 10-6X40.4-22X 10-6X 14)=0.42mm支柱絕緣子可動端的位移S1為：S1=S/2=0.42/2=

6、O.21mm假設此時導體施加給絕緣子的力為P=4000N，兩種材料的屬性參數見表1，則在此條件下絕 緣子的位移由兩部分組成： 圖2(1)支柱絕緣子在力P的作用下所產生的位移，1；(2)緊固螺釘在力P的作用下所產生的位移，；2S1=PL1/E1A1=4000X153(5000X1300)F 094mmS2=PL2/(E2A2)=4000X25(206000X201)Q0.0024mm因此，總位移Sz為Sz=S1+S2=0.094+0.0024=0.0964mm由于位移與力的大小成正比，位移S1=0.2105時絕緣子上的力為七，且力的方向沿Z軸正方 向，根據比例因子關系：11P/S1=Fr/SzF

7、r=0.0964X4000：0.21Q1832 N安裝時的應力由于安裝時的應力可以按照安裝規程的要求通過調節螺釘來消除，因此在計算時不考慮該力 的作用。4支柱絕緣子的安全系數根據以上分析，絕緣子各坐標軸上的受力如圖4所示。X軸方向上的合力為：Fx=F/-11292.5N；Y 軸方向上的合力為：Fy=F/G=11292.5-800=10492.5N；Z軸方向上的合力為：Fz=F1832N；由于X軸方向上的合力對支柱絕緣子產生壓力，而支柱絕緣子的耐壓強度很高，因此分析時 僅考慮Y軸及Z軸方向上的力對絕緣子形成的彎曲作用。共箱母線在正常運行時的最大彎曲力為 七。Fw=（Fy2+F：）/Q10651N由于支柱絕緣子允許破壞力P/25000N,型式試驗時的實際允許破壞力PsN50000N,該支柱 絕緣子允許破壞時的安全系數KT為：SKt=Pt/Fw=2.34實際允許破壞時的安全系數Ks為：Ks=Ps/Fw=4.695結束語絕緣件是高壓G