本发明属于高压电缆附件技术领域，具体涉及一种220kv海底电缆gis终端耐压辅助设备。
背景技术
目前国内对220kv及以上的海底电缆投运前应做的交流耐压试验已然是必要前提，但由于国内设备的缺陷，耐压试验基本以购买国外设备为主，并且在具体工作中由于现在实验的复杂性及试验设备质量、占地空间问题，使得耐压试验的进行存在很多的问题和安全隐患，尤其是耐压试验的终端套管部分。就目前国内使用的电缆终端耐压辅助设备，结构复杂、携带与使用不便捷且存在占地面积大、不能满足电压畸变与偏移情况而被击穿、安全性和可靠性不高等问题。所以，需要设计一种新型220kv海底电缆gis终端耐压辅助设备来解决海底电缆耐压试验中的各种问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种220kv海底电缆gis终端耐压辅助设备，结构简单、尺寸合理、携带与使用方便，具有较高的安全性和可靠性。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种220kv海底电缆gis终端耐压辅助设备，包括：sf6电缆仓，sf6电缆仓具有相互连通的第一收容部和第二收容部，第一收容部的端部具有下法兰，第一收容部收容220v长型或短型两种结构的gis终端并通过下法兰与gis终端的卡环匹配相连，第二收容部收容母线，其端部与出线套管的下法兰匹配连接；gis终端与母线悬空硬连接。
作为优选方案，
第一收容部收容220v短型结构的gis终端时，gis终端通过延长杆与母线连接。
作为优选方案，
gis终端通过转接头与母线连接。
作为优选方案，
出线套管外侧的伞裙具有大小伞裙交替分布的结构。
作为优选方案，
第一收容部的中心轴线与第二收容部的中心轴线相互垂直，出线套管的下法兰与第一收容部的中心轴线的距离为300～800mm。
作为优选方案，
出线套管的下法兰与第一收容部的中心轴线的距离为650mm。
作为优选方案，
出线套管的高度为1680～2160mm。
作为优选方案，
母线的半径为50mm，其对应外壳的半径为135mm。
作为优选方案，
出线套管中设置有内屏蔽层，内屏蔽层的高度为540～675mm。
作为优选方案，
内屏蔽层与出线套管的下法兰直接相连并将其接地。
本发明具有的有益效果：结构简单、尺寸合理、携带与使用方便，具有较高的安全性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中出线套管内部最大场强值；
图3是本发明中不同间距与内屏蔽高度下套管内部最大场强电场模；
图4是本发明中gis终端套管电场分布；
图5是本发明中gis终端套管电势分布。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种220kv海底电缆gis终端耐压辅助设备，包括：sf6电缆仓1，sf6电缆仓1具有相互连通的第一收容部和第二收容部，第一收容部的端部具有下法兰7，第一收容部收容220v长型或短型两种结构的gis终端11并通过下法兰7与gis终端11的卡环8匹配相连，第二收容部收容母线4，其端部与出线套管12的下法兰9匹配连接；gis终端11与母线4悬空硬连接。所谓悬空硬连接是指gis终端11与母线4直接连接，其与现有技术中采用盆式绝缘子支撑不同的是，该连接不采用任何支撑部件即可悬空地设置在sf6电缆仓1中实现连接，对提高整个装置的安全性提供有利条件。
本发明中的gis终端11基于海底hyjqf41-f-117/220-1*1600+2*24c为本体，只涉及铜阻水导体层、半导体阻水带层、xlpe绝缘层、绝缘屏蔽层、半导电阻水带、金属屏蔽层；其余层不在本次发明涉及的范围内，该gis终端11具有两种构型，一种是220v短型结构，其长度为620mm，另一种是220v长型结构，其长度为960mm。对于前者，gis终端11通过带有延长杆2的转接头3与母线4连接；对于后者，gis终端11直接通过转接头3与母线4连接。对于sf6电缆仓1而言，本发明参照iec62271-209-2007标准，以此电缆为终端本体建立220kv预置式电缆终端模型，所以以此标准终端为基础设计满足要求的sf6电缆仓1。
本发明中的出线套管12，在进行216kv的耐压试验时，为了安全运行的考虑，出线套管设计为最高耐受电压320kv
由于出线套管12中母线4承受高电压、额定电流及短路电流。母线4的设计依据主要有如下两点：
1.按额定电流大小及允许电流密度选摔导体截面，为减小集肤效应的不利影响而用管材。母线4采用铝作为材料，由设计及试验经验而得允许电流密度为i＝1a/mm2。
2.按允许冲击场强e1值确定母线4外径的范围。
同轴圆柱形电场中的母线4表面场强为：
式中u为雷电冲击电压；r1为母线4半径；r2为外壳半径。当lnr2/r1＝1，即r2/r1＝e时，e为最小值emin，此时耐受电压能力最高，对于本次320kv的出线套管12而言，sf6工作压力控制在0.4mpa，0.4mpa压力下允许的冲击场强为24mv/m。
通过式1计算可得：母线4的半径为49.8mm，为生产的方便，本发明取50mm，对应下法兰9的内侧的半径取为135mm，即r1＝50mm，r2＝135mm。
由于耐受电压是衡量套管能否安全稳定运行的重要参数，耐受电压值是由干闪距离决定的，而干闪距离则主要由伞裙形状来决定。出线套管12的伞裙5的形状直接决定着干闪距离的大小，所以伞形结构的改进对套管的外绝缘有着重要的影响。当套管有一定的倾斜角度时，为增大其干闪距离，本发明采用大小伞裙交替分布的伞裙结构。由于大径伞的阻挡增加了干闪距离，进而增强了瓷套的外绝缘性能，由于本次出线套管只用于耐压试验，即室内试验使用，只需考虑干闪距离，不需考虑污闪距离和爬电距离，而干闪距离是指上金属电极到下金属电极间的最短直线距离，而本发明是以320kv的出线套管12作为216kv的耐压试验的户内出线套管，参照公式3：
式中k3为不均匀系数，取值为1.5；k4为安全系数，取值范围为1.4～1.8；u为工频耐受电压，取为320kv；er为绝缘表面允许的切向场强，对应最高耐受电压允许的场强为0.4mv/m，即取值为0.4mv/m；因此计算得到出线套管12的高度范围为1680～2160mm。
作为一个典型的高度值，出线套管12的总长度为2000mm，其大于所需满足的干闪距离，再通过电场仿真判断其内部电场最大值是否满足条件及大气中瓷套表面的场强最大值是否小于空气的击穿场强3mv/m。
本发明中，第一收容部的中心轴线与第二收容部的中心轴线相互垂直，出线套管12的下法兰9与第一收容部的中心轴线的距离10为300～800mm。，其计算方法如下：
gis终端与第一收容部通过其下法兰7进行固定相连，对其进行抽真空后冲入sf6气体，控制其工作压力为0.4mpa。
由于实际工程应用的主要是稍不均匀电场结构，当sf6间隙中的最大场强达到某一数值时，间隙会被击穿，而在工频电压下工程击穿场强ebt为：
ebt＝65(10p)0.734；
式中p为sf6气体充气最低绝对压力，不同压力下对于不同的击穿场强，如表1所示。
表1工频电压击穿场强
由表1可知，当运行压力为0.4mpa时，工频电压下的击穿场强为17.9mv/m，由于本实施例中使用29hz的交流电压，其允许的击穿场强基本与50hz的工频电压的击穿场强近似，所以内部sf6气体场强不大于工频击穿场强即可满足运行的条件。
由于各个部分按照耐压标准所设计，其耐压水平基本已满足对应电压下的耐压水平，所以在满足允许允许击穿场强的条件下，对设计的电缆终端耐压辅助套管进行尺寸的优化，同时第一收容部内部的电场尽可能的小。使用comsolmultiphysics仿真软件进行电场仿真，对套管出线接头部分加频率为29hz,幅值为320kv的交流电压，出线套管下法兰接地，同时选取300～800mm，每隔50mm进行参数化仿真，如图2所示，由于出线套管与电缆终端间距的不断增大，第一收容部内部的电场强度呈现下降趋势，当两者距离较近为300mm时，其内部最大电场达到16.272mv/m，且随着距离的增大其降低幅度较大，当两者间距继续增大至700mm后，电场降低的幅度减小，由仿真发现，当间距大于800mm时随着间距的增大，第一收容部内部的最大电场几乎无明显变化，所以本发明中间距范围为300～800mm，同时考虑内屏蔽的高度通过仿真其结果如图3所示。
本发明中，出线套管12中设置有内屏蔽层6，内屏蔽层6的高度为540～675mm。内屏蔽层6与出线套管12的下法兰9直接相连并将其接地。作为一种典型的尺寸，综合考虑电场最值大小与间距优化合理性及节省内屏蔽材料等方面的问题，选取间距650mm，内屏蔽570mm，电场分布情况如图4所示，此时套管内部电场的最大值为11.806mv/m，远小于击穿场强17.9mv/m，电场最大值出现在内屏蔽处，最大值为2.0558mv/m，满足小于空气的击穿场强值3mv/m。
电缆终端耐压辅助套管电势分布图5所示，内部电势分布符合理论情况，在各项特性指标满足有效性的要求的前提下，优化了电缆终端耐压辅助套管的尺寸与布局，节省了大量的空间和材料，对电缆耐压试验有很大的帮助。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。