高电压等级混合气体介质下GIS紧凑化设计方法技术

本发明专利技术涉及高压绝缘技术，具体涉及高电压等级SF

GIS compact design method in high voltage mixed gas medium

【技术实现步骤摘要】
高电压等级混合气体介质下GIS紧凑化设计方法
本专利技术属于高压绝缘
，尤其涉及高电压等级混合气体介质下GIS紧凑化设计方法。
技术介绍
随着城市用电量的急剧增加，亟需越来越多的变电站进入城郊及市区，迫切要求GIS进一步减小占地面积从而顺应发展需求。同时人们对环境问题的关注度日益提高，也对GIS的环保化提出了新的要求，即小型化、紧凑化和环保化是GIS未来发展的方向。于高电压等级下对GIS进行环保化、小型化、紧凑化设计，要解决介质变化以及结构变化的问题。目前从替代气体的适用化角度来看，若要解决GIS环保化问题，可以采取的解决措施为改变绝缘介质，采用SF6的替代气体。若采用新的设计方法使GIS母线绝缘性能不降低的同时减少SF6气体的使用量，减少温室气体危害，对国家节能减排有着重要意义。已有研究表明，使用SF6/N2混合气体可以在不降低绝缘性能前提下减少温室气体使用量。同时SF6/N2混合气体通过增加气压可获得与纯SF6气体相同的绝缘强度。此外还具有其它优点如显著降低设备制造成本，电场畸变敏感性低从而减少GIS内部放电、液化温度低等优点，且相关理论与应用已较为成熟，故使用SF6/N2混合气体推进GIS环保化的发展。对于高电压等级GIS的结构问题，参考国内研究现状表明，其普遍采用三相分箱式设计，占地面积大，不利于GIS的小型化。而330kV及以上电压等级GIS暂无三相共箱式设计，原因在于无法平衡绝缘水平以及设备尺寸之间的关系。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高电压等级SF6/N2混合气体介质条件下GIS紧凑化设计方法，能够实现高电压等级GIS的环保化、小型化、紧凑化。为实现上述目的，本专利技术采用和技术方案是：高电压等级SF6/N2混合气体介质下GIS紧凑化设计方法，包括采用SF6/N2混合气体替代SF6，且采用三相共箱式GIS结构；包括以下步骤：步骤1、不同混合比条件下SF6/N2混合气体介质的工程应用条件的确定包括以下子步骤；步骤1.1、确定SF6/N2混合气体的混合比；步骤1.2、确定SF6/N2混合气体的应用压强；步骤1.3、计算SF6/N2混合气体物性参数，并对计算结果进行拟合分析；步骤2、判断SF6/N2混合气体介质应用于GIS内的绝缘水平包括以下子步骤；步骤2.1、建立SF6/N2混合气体绝缘裕度模型；步骤2.2、计算SF6/N2混合气体临界击穿场强；步骤2.3、判定SF6/N2混合气体绝缘水平；步骤3、确定SF6/N2混合气体介质条件下GIS母线紧凑化设计原则以及最优化尺寸包括以下子步骤；步骤3.1、定义SF6/N2混合气体介质条件下GIS母线紧凑化系数，确定紧凑化原则；步骤3.2、确定满足SF6/N2混合气体绝缘水平的最小结构。在上述的高电压等级SF6/N2混合气体介质下GIS紧凑化设计方法中，步骤3.1所述定义GIS母线紧凑化系数步骤包括：步骤3.1.1、定义紧凑化系数为：V1为分箱式母线体积，V2为共箱式母线体积；步骤3.1.2、紧凑化原则为：三相共箱式结构总体积不大于三相分箱式体积之和；且绝缘水平满足绝缘设计基准；3λ×πR12≥πR22其中，R1为分箱式母线内半径，R2为三相共箱式母线的内半径，λ为结构紧凑化系数。在上述的高电压等级SF6/N2混合气体介质下GIS紧凑化设计方法中，步骤3.2的实现采用流程化计算方法，包括以下子步骤；步骤3.2.1、输入基准GIS母线尺寸；步骤3.2.2、对GIS母线进行多物理场耦合计算；步骤3.2.3、判断击穿裕度是否大于绝缘设计基准；步骤3.2.4、若是，则减小紧凑化系数λ，再返回步骤3.2.2；步骤3.2.5、若否，则输出上一循环紧凑化系统λ及对应GIS母线尺寸参数，得到最紧凑化尺寸。在上述的高电压等级SF6/N2混合气体介质下GIS紧凑化设计方法中，紧凑化系数λ从1开始递减。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术将绝缘介质采用SF6/N2混合气体代替纯SF6气体，SF6气体用量大大减少，从而减少了空气污染。该方法充分考虑了SF6/N2混合气体已有系统深入研究，应用成熟，其绝缘水平符合工程应用要求，同时降低成本，更为环保。2、本专利技术采用三相共箱式结构设计方法，解决了GIS绝缘水平以及设备尺寸之间平衡的问题，提高了高电压等级混合气体介质条件下GIS的紧凑程度。3、本专利技术采用三相共箱式结构设计方法，对GIS结构紧凑化进一步优化，为得到最紧凑化的母线结构，定义了紧凑化系数即所设计母线体积与三相分箱式体积之比，进一步实现高电压等级混合气体介质条件下GIS的小型化。4、本专利技术对不同紧凑系数下绝缘裕度变化规律进行计算得到对应关系，使用流程化设计得到最紧凑化尺寸。最终结果表明高电压等级下，采用SF6/N2混合气体代替纯SF6气体减少SF6气体用量，采用三相共箱式GIS结构体积相对分箱式GIS结构体积有所减小，有效地实现了GIS的环保化、紧凑化与小型化，符合工程实际，经济环保效益巨大。利用本方法能有效实现GIS的小型化、紧凑化、环保化。此种SF6/N2混合气体介质条件下GIS紧凑化的设计方法可以用于高电压等级的GIS设计之中。附图说明图1为本专利技术一个实施例高电压等级混合气体SF6/N2介质下GIS紧凑化设计方法示意框图；图2为本专利技术一个实施例SF6/N2混合气体压力、SF6气体含量、固有电气强度标幺特性图；图3为本专利技术一个实施例混合气体预充压力随SF6气体百分比变化曲线；图4为本专利技术一个实施例中的仿真模型；图5为本专利技术一个实施例中流程化计算方法流程图；图6为本专利技术一个实施例中高电压等级混合气体SF6/N2介质下GIS紧凑化设计方法流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。本实施例应用于高电压等级(≥330kV)，对高电压等级下的GIS进行了三相共箱式设计，平衡了绝缘介质绝缘水平与设备尺寸之间的关系。此种设计除了缩小其尺寸，更可以简化结构和GIS整体布置，是其实现小型化的有效途径。最大程度提高了GIS紧凑程度，减少材料的使用，降低成本，由于长度减少，也相应减少了现场安装和维护的工作量。对于GIS三相共箱式设计，采取了优化措施，确定了紧凑化设计原则，将三相共箱式GIS的结构在满足绝缘设计标准的同时，进一步优化为最紧凑化尺寸，使GIS在体积已经减小的前提下结构更加紧凑。本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种高电压等级SF6/N2混合气体介质条件下GIS紧凑化的设计方法，包括不同混合比条件下混合气体介质的工程应用条件的确定、混合气体介质应用于GIS内绝缘水平的判断、混合介质条件下高电压等级GIS母线紧凑化设计原则的确定以及最优化尺寸设计的确定。混合气体绝缘水平判断包括混合气体介质临界击穿场强的计算，在此基础上引入绝缘裕度概念本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高电压等级SF

【技术特征摘要】
1.高电压等级SF6/N2混合气体介质下GIS紧凑化设计方法，包括采用SF6/N2混合气体替代SF6，且采用三相共箱式GIS结构；其特征是，包括以下步骤：
步骤1、不同混合比条件下SF6/N2混合气体介质的工程应用条件的确定包括以下子步骤；
步骤1.1、确定SF6/N2混合气体的混合比；
步骤1.2、确定SF6/N2混合气体的应用压强；
步骤1.3、计算SF6/N2混合气体物性参数，并对计算结果进行拟合分析；
步骤2、判断SF6/N2混合气体介质应用于GIS内的绝缘水平包括以下子步骤；
步骤2.1、建立SF6/N2混合气体绝缘裕度模型；
步骤2.2、计算SF6/N2混合气体临界击穿场强；
步骤2.3、判定SF6/N2混合气体绝缘水平；
步骤3、确定SF6/N2混合气体介质条件下GIS母线紧凑化设计原则以及最优化尺寸包括以下子步骤；
步骤3.1、定义SF6/N2混合气体介质条件下GIS母线紧凑化系数，确定紧凑化原则；
步骤3.2、确定满足SF6/N2混合气体绝缘水平的最小结构。


2.如权利要求1所述的高电压等级SF6/N2混合气体介质下G...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴细秀，马文宇，庞文龙，张其超，马博，侯博文，冯晓彤，完朋朋，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42