华北电力大学齐波等：如何实现油浸纸套管电容芯子极板边缘电场的精确校核？

随着电力负荷需求的持续增长以及特高压电网的规模化建设，对电力系统设备的整体水平
提出了更高的要求。油浸纸套管是超/特高压输电系统的关键设备之一，在运行中长期承载
着全电压、全电流和强机械负荷，内部存在很高的电、热和机械应力，其安全稳定运行关
系到整个电力系统的可靠性。

极板边缘电场是诱发套管设备局部放电、绝缘击穿的重要因素之一。随着电压等级提高，
电容式套管极板层数增多，各极板边缘电场的优化控制显得更加重要。传统的电容芯子设
计及计算模型仅适用电容芯子极板内部平均电场计算，极板边缘电场分布无法有效反映，
极板边缘电场分布及控制措施尚不明朗。

针对实际油浸纸套管极板边缘电场准确建模及优化问题，从实际套管极板边缘物理形貌着
手，仿真计算实际油浸纸套管电容芯子极板边缘局部场强可视化分布，进而提出电容式套
管极板边缘工艺改进措施，为进一步提升超/特高压套管国产化制造水平提供了理论依据。    

本文建立了高性能高压套管多物理场仿真计算平台，在Infolytica有限元仿真软件环境下，
以极板边缘直角状态为参考，对极板边缘形貌进行准确建模，获得极板边缘场强云图特
征，并对极板边缘折边、敷设半导体纸的处理方式优化分析，提出采用以10~20 mm宽
度的单折边或敷设半导体纸的方法，以电场分布的均匀化、不增加芯子主体尺寸的方式
，降低极板边缘电场效应，提升套管安全运行水平。

1）传统基于电容分压原理的电容芯子电场计算模型中无法有效反映极板边缘局部电场
信息。

2）套管电容芯子极板边缘场强最大值远大于极板中部场强值，是诱发套管设备放电击
穿的起点。

3）极板边缘单折边及敷设半导体纸的方式均可降低边缘场强。该仿真计算方法可用于
各电压等级套管电容芯子极板边缘电场的校核及优化，为实际套管绝缘制造工艺的改
进提供了理论依据。