摘 要：本文以有限元法为基础，利用ANSYS仿真软件建立了某型号252kV GIS罐式氧化锌避雷器的三维实体模型，对其电位分布和电场强度进行计算，从结果对其结构设计的合理性进行了分析。
　　关键词：氧化锌避雷器；电位分布；电场强度；有限元法
　　中图分类号：TU895
　　0 前言
　　电阻片的电压承担率vi可以用来衡量氧化锌避雷器电位分布的均匀程度。理想状况下，vi的值尽量接近于1，但实际运行中，杂散电容等因素的存在会对电阻片的电压承担率的统一性产生不利影响，故电气设计中要对其进行计算，要求vi小于1.15。
　　在对氧化锌避雷器的电位分布和电场强度计算中，文献【1， 2】分别建立750kV和500kV电压等级避雷器的二维模型，用有限元方法对电位分布进行了计算分析；文献【3】也采用有限元法对避雷器电位分布做了相关计算及优化。
　　本文以有限元数值计算方法为基础，利用在多领域得到广泛应用的多用途大型通用有限元分析软件ANSYS，对252kV GIS罐式氧化锌避雷器的电位分布与电场强度进行了计算分析。
　　1 252kV GIS罐式氧化锌避雷器计算模型
　　GIS设备中内部场强的分布一般不均匀，因此，在对252kV GIS氧化锌避雷器进行电场计算时，将表1中SF6气体压力为0.3MPa时对应的E1=20kV/mm作为设计基准值。
　　表1 不同SF6气压时光洁导体（Ra=6.3μm）场强设计基准值
　　SF6表计气压/MPa 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
　　E1/kV·mm-1 6 11 16 20 24 29 35
　　图1 252kV GIS氧化锌避雷器结构示意图 图2 实体模型透视图
　　252kV GIS氧化锌避雷器结构图如图1所示。避雷器总体高度2025mm，芯体部分电阻片共48片，每片厚22.7mm，均压罩罩深350mm，直径240mm。按1：1比例在ANSYS中建立图2所示的有限元模型；按表2为计算模型中的不同介质材料赋予其相对介电常数的值。
　　表2 材料特性参数
　　介质 空气 SF6气体 金属部件 绝缘部件 电阻片
　　相对介电常数 1 1.0024 1 6 700
　　2 电场计算结果
　　图3 高压端部分电场强度分布云图 图4 高压端部分电位分布云图
　　对避雷器施加工频耐受电压460kV，计算得到避雷器的电场强度最大值为14.675kV/mm，出现在金属嵌件顶端倒角部位，如图3所示。
　　而对电位分步进行分析，得到避雷器电压承担率曲线及电阻片部分的电位分布曲线分别如图4、图5所示，电压承担率的最大值为1.294。
　　图5 电阻片部分电压承担率曲线 图6 电阻片部分电位分布曲线
　　3 结论
　　（1）利用ANSYS软件，在460kV工频耐受电压下，避雷器的最大电场强度小于避雷器电场强度设计基准值E1=20kV/mm，在SF6气体的许用范围内；
　　（2）避雷器芯体部分电阻片上的电压承担率的最大值高于1.15，不符合设计要求；
　　（3）该型号避雷器的结构设计不符合电气设计的要求，需要对结构、尺寸进行进一步优化。
　　4 参考文献
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　　[3] 黄玲. 特高压绝缘子均压环有限元数值优化的遗传算法研究[D]. 武汉： 武汉大学， 2008.