800kV盆式绝缘子密封性能有限元分析
DOI：10.13296/j.1001-1609.hva.2021.01.009
800kV盆式绝缘子密封性能有限元分析
丁兆帅，吴 海，戴通令，王娜
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摘要
中采用AnsysWorkbench有限元软件建立了800kV盆式绝缘子O形密封圈轴对称分析模型，对盆式绝缘子与罐体法兰在装配和充入气体过程中O形密封圈的变形和受力情况进行了分析研究。分析计算了O形圈压缩率、气体压力载荷对接触面最大接触压力和槽口最大剪切应力的影响，同时得到了不同压缩率和载荷下的应力应变云图。计算结果表明：密封圈压缩率介于16%~19%，气体压力载荷不大于3MPa时，800kVGIS盆式绝缘子O形密封圈能起到较好的密封效果。通过对密封结构的有限元分析，为密封件的设计、安装、优化、可靠性分析提供了重要的参考价值。
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密封结构设计是机械、电力行业最重要的基本设计之一，密封性能的好坏将直接影响到设备能否长期稳定运行。以气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)为例，由于SF6气体通过密封接触面的泄漏导致绝缘裕度降低，从而使设备产生放电事故，进而危害电 正常传输安全。从密封性能的可靠性分析来说，密封槽结构的设计和密封件的选择是影响密封失效最重要的两个因素。O形橡胶密封圈因其成本低廉、结构简单、拆装方便、良好弹性等特点成为密封件的首选结构，密封圈的密封过程涉及到材料学、力学、摩擦学、公差配合、接触行为等多学科多方面的知识，采用传统的经验方法不能进行精确的结构设计，使密封技术的研究进展缓慢。
随着计算机性能的不断提高和数值仿真技术的不断发展，利用有限元分析软件对密封过程的非线性问题进行建模和计算成为了可能，使各个复杂的参数变量对O形圈在沟槽内的变形情况和密封面接触应力的分布有了更加直观的认识。 中采用AnsysWorkbench有限元分析软件对800kVGIS盆式绝缘子异性沟槽结构和O形密封圈的密封过程进行复杂的大变形和接触非线性分析，为掌握组合电器气体密封的机理提供有效的数据参考和合理的理论依据。
1 橡胶模型本构关系理论
2 O形橡胶密封圈有限元模型
3 有限元计算结果及分析
3.1 压缩率对密封性能的影响
3.2 压力载荷对密封性能的影响
3.3 最大接触压力与压缩率、气体压力载荷关系
3.4 最大剪切应力与压缩率、气体压力载荷关系
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结论
1) 中通过Ansys有限元仿真软件模拟了800kV盆式绝缘子与罐体法兰在装配和充入气体过程中O形密封圈的变形及受力情况，为组合电器用密封圈的选择提供了良好的理论参考。
2) 中对影响密封效果最主要的两个参数变量进行了计算分析，通过在一定范围内不断改变密封圈压缩率和气体压力载荷，得出了接触面最大接触压力和槽口最大剪切应力的变化规律：最大接触压力和最大剪切应力都随着气体压力载荷的增大而增大，并且近似成线性分布；密封圈压缩率对最大接触压力的影响更大，对密封效果的影响更显著。通过以上分析，最终确定密封圈压缩率介于16%~19%，气体压力载荷不大于3MPa时，800kVGIS盆式绝缘子O形密封圈能起到较好的密封效果。
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吴 海(1977—)，男，高级工程师，从事高压开关设备的研制及管理工作。
戴通令(1982—)，男，高级工程师，从事高压开关设备的研制及管理工作。
王娜(1981—)，女，高级工程师，硕士，从事高压电器设计及高电压绝缘技术的研究工作。
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丁兆帅，吴 海，戴通令，等.800kV盆式绝缘子密封性能有限元分析[J].高压电器，2021，57(1)：62-67.
ZHAO Zhizhong，WANG Yekang，LI Yanhong，et al. Multi-physics-based detection method of grounding body corrosion state[J]. High Voltage Apparatus，2021，57(1)：62-67.
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