1 引言

缘子是处在不同电位的电气设备或导体间起电气绝缘和机械固定用的器件[1]，是中压气体绝缘开关设备中的重要元器件，在电力系统及电气设备中应用十分广泛。对绝缘子有三个基本要求：有足够的电绝缘强度，能够长期承受运行电压的作用，无明显局部放电和老化现象，并能短时耐受国家标准所规定的工频电压和雷电冲击电压；有足够的机械强度，能承受开关正常操作的机械负荷、产品装配与运输中的冲击力，以及短路电流下的电动力等[2-5]。

随着国家电网大力倡导绿色电力，气体绝缘开关绝缘介质采用环保气体替代SF6气体成为发展热点，但是环保气体绝缘性能差，环保气体绝缘开关中绝缘子出现沿面绝缘故障情况越来越多，此外绝缘子内由于工艺原因，浇铸过程中有可能存在微间隙。正常运行过程中，间隙内部存在严重电离，腐蚀绝缘材料，造成绝缘材料老化，电阻下降，时间久了可能会出现击穿，造成绝缘事故，影响电力系统可靠运行。增加伞裙能够提升绝缘子沿面放电电压，但是伞裙间距和伞裙长度如何配合设计才能最大程度提升沿面闪络电压研究极少，绝缘子内间隙尺寸大小对沿面放电的影响也少有报道。这些都成为亟待解决的问题[6]，因而对绝缘子沿面绝缘特性进行研究对电网可靠安全运行具有重要意义[7]。

本文建立了绝缘子三维电场仿真分析模型，利用Ansys计算了不同伞裙间距下电场的分布，得出了伞裙间距和伞裙长度之间绝缘配合关系。研究了绝缘子内部由于工艺问题出现的微间隙对伞裙电场的影响，所研究的结果为绝缘子的优化设计提供参考。

2 绝缘子模型及电场分析方法

2.1 绝缘子模型

所研究的12kV 绝缘子结构见图1，主要有高压嵌件、接地嵌件、环氧树脂绝缘子组成。

考虑到该水源地与水运航道有交叉，存在一定的重金属污染风险。本研究还对水源地的重金属砷、铅、汞、铜和锌进行了检测分析。经检测，重金属砷、铅、汞均低于检出限，满足地表水Ⅰ类标准，无重金属污染风险。铜锌离子随着降雨的进行存在初期冲刷效应和后期的稀释作用，在降雨开始3小时左右，达到污染物的峰值，之后随着降雨的进行，重金属浓度总体呈逐渐降低的趋势。在24小时后基本恢复到原来的水平，且铜和锌全天均未发生超标污染现象（见图10、图11）。

图1 绝缘子结构图

2.2 有限元分析方法

Kφ=0

由于浇铸工艺及不同材料收缩率差异的原因，绝缘子内部可能会有间隙。间隙内部会形成不同形式的局部电离，进而加速绝缘层的老化腐蚀，造成间隙进一步扩大。为了研究不同尺寸大小的间隙对绝缘子伞裙外表面电场及电位的影响，本文在伞裙附近构建了半径为1mm、1.5mm、2mm、3mm四个含不同尺寸间隙的绝缘子模型，对这四种模型进行了对比仿真分析，得出了间隙内部及其附近伞裙沿面电场强度的分布。具体场强分布如图4～8所示。

由图4～8可以看出，随着间隙半径的增大，间隙附近伞裙根部电场畸变越来越严重，但是对其他不相邻的伞裙几乎没有什么影响。为了得出间隙对相邻伞裙沿面电场影响的大小，在紧邻间隙的伞裙沿面做一条曲线，轨迹线具体位置见图8。用有限元软件算出不同尺寸间隙下该曲线上的电场曲线图，见图9。从曲线图上可以看出，随着间隙半径从1增大到3，其附近伞裙沿面最大场强从3.6kV/mm上升到了5.5kV/mm。

(1)

在不同介质分界线面上，边界法向上电位函数倒数值应满足：

由图2和图3可知，D=3mm间距下，伞裙边缘电场畸变严重，间距加大到6mm，伞裙边缘无明显畸变，为了直观看到不同伞裙间距下伞裙边缘具体电场强度值，在伞裙边缘做一条轨迹线，轨迹线的具体位置见图2，求不同伞裙间距下此轨迹线上的电场强度曲线，见图4。据此绝缘子伞裙边缘电场若不畸变，间距最少为6mm。绝缘子伞裙间距太小，伞裙沿表面气体会出现畸变。这是由于在气体和伞裙表面交界处为复合绝缘，环氧树脂的介电常数是气体的四倍左右[15]，在不同介电常数物质构成交界面处，介电常数小的容易发生畸变。因此在设计伞裙时候要注意伞裙之间间距的大小，既不能太大也不能太小，太小了容易造成伞裙表面气体畸变，形成不同形式的局放，进而可能发展成沿面闪络，间距太大，会减少爬电距离。通过以上仿真分析，在D=6mm时，D/L=1/3时候伞裙间隙已经不会出现畸变，工程上为了增加爬电距离，一般伞裙间距不会超过伞裙长度，因此在设计伞裙时候，D/L应在1/3～1之间最为合适。

其中，φ为电位函数；n为介质交界处外法向方向。

于是绝缘子静电场的边值问题对应的变分问题就可以转换为求泛函数的极小值[11]：

深圳港：初步测算，深圳港口约17%的美国航线箱量将受到影响。目前深圳港国际航线吞吐量中美国航线占比较高（27%），据此推算其国际航线受影响程度达到4.5%。

作为河北省重点高校，华北理工大学在创新创业教育方面也进行了积极探索和研究，从政策、人力、经费等多方面进行了大量投入，并取得很好的成果。然而，电子信息科学与技术专业在创新型人才培养上还处于初步探索阶段，目前还存在诸多不足和局限性。为此，结合本校电子信息科学与技术专业人才培养的具体情况，对创新型人才培养模式进行研究和探索，构建一种内外兼修的电子信息科学与技术专业创新型人才培养模式，取得显著效果。

ГГ

(2)

式中，Ω为φ的定义域；Г为定义域的闭合边界。则整个计算场域内变分问题方程即可表示为[12]：

ГГ]

城乡规划设计的目的是改善人们的生活环境。从城市发展的角度看，农村景观在城市景观设计中占有重要地位。随着城市建设步伐的加快，对城市景观设计提出了更高的要求。如今，人们的环保意识越来越强，审美观念也发生了变化。在这种情况下，传统的城市景观设计已不再适合现代城市发展的需要。乡村风光多变，绿色环保，符合现代人的生活追求，能给人一种自然、清新的感觉。农村景观与城乡规划设计相结合，为城市景观设计提供了有价值的参考，从而创造了一个相对合理、舒适、宜人的环境。

(3)

令F(φ)对φ的导数等于零就可以得到线性方程组：

中压气体绝缘开关设备属于工频交流电气设备，其不同电位导体间的电位差变化相对缓慢，且不同电位器件间的绝缘距离远小于电磁场的波长,所以开关内部元器件电场可以看做静电场[8-10]。据此可以利用静电场理论得到绝缘子的电场偏微分方程及相应的边界条件，绝缘子求解域内电位函数满足拉普拉斯方程[11]。

(4)

结合边界条件和系数矩阵K，求解出具体节点电位，然后再去求解电场强度。由于实际计算比较繁琐，因而建立三维有限元电场分析模型，导入由有限元分析计算软件，利用Ansys执行上述计算过程，很直观的得出所需要求解的电位计电场分布。

3 伞裙间距大小对电场分布的影响

绝缘子表电场方向分量较弱，切向分量较强[13]，绝缘子表面增加伞裙能起到增加爬电距离的作用，但是伞裙间距不合适可能会带来沿面局部气体电场畸变。为了研究不同伞裙间距对绝缘子电场分布带来的影响，保持伞裙长度L=18mm不变，改变伞裙间距D的值。利用电场仿真分析软件得出D=3mm、D=6mm、D=9mm三种情况下绝缘子表面电场分布。按照国标规定，12kV气体绝缘开关用绝缘子需要承受一分钟42kV工频电压[14]。仿真分析设置中高压嵌件加载工频耐压42kV的峰值电压60kV，接地嵌件为零电位，环氧树脂绝缘层相对介电常数设为4。空气临界击穿场强一般为2.5～3kV/mm，该气体绝缘开关采用干燥空气作为绝缘介质，水分及污秽含量极低，因而本文取其下限值3kV/mm作为绝缘子表面气体电离判据。D=3mm，D=6mm情况下电场分布见图2和图3。

随着生态学的科学和哲学理论的快速发展，环境生态学的课程体系必须不断适应实际变化。通过对环境生态学课程的改革，不断改进教学内容，不断丰富教学方法，不断增加实验实践比例，结合提升学生思想教育和完善课程导师制度，希望从根本上激发学生的学习积极性，切实做到培养学生的逻辑思维能力、创新能力和批判精神，增加学生对科学的探索热情。总之，教学是“教”与“学”的有机互动过程，从任课教师的角度考虑，要尽最大可能创造出最优的“教”氛围，激发学生最优的“学”热情。在今后的教与学的过程中，也要不断汲取前沿教学理念，吸收好的教学经验，进一步深化教学改革，培养出真正有利于国家环境与生态科学的优秀人才。

图2 伞裙间距为3mm时电场分布

图3 伞裙间距为6mm时电场分布

4 微间隙大小对沿面电场分布的影响

电力企业作为民生企业，由于其特殊性，长期处于垄断经营状态。由于电力企业改革还处在摸索时期，在向市场经济转变的过程中，还存在众多陈旧的管理体制、管理理念及方法[1]。

图4 伞裙附近电场分布曲线

图5 半径R=1的间隙下电场分布

图6 半径R=1.5的间隙下电场分布

2φ=(1/r)∂(r∂φ/∂r)/∂r+∂2φ/∂z2

图7 半径R=2的间隙下电场分布

图8 半径R=3的间隙下电场分布

由以上分析可知，绝缘子内部微间隙的存在会造成绝缘子沿面电场强度畸变，易造成外绝缘局放及沿面闪络。同时间隙由于是复合绝缘，间隙内部气体介电常数小，电场将严重畸变，产生很高的场强。因而间隙的存在不论对绝缘子内绝缘还是外绝缘都十分不利。

图9 间隙附件伞裙表面电场分布曲线

5 结论

本文利用Ansys计算了绝缘子不同绝缘子伞裙间距下的电场分布，并研究了绝缘子在内含不同尺寸间隙情况下对沿面电场的影响，得出如下结论。

(1)绝缘子伞裙之间的距离和伞裙长度之比不能太大或太小，太小容易造成伞裙沿面气体电场畸变，太大会减少爬电距离。通过仿真分析得出，伞裙间距和伞裙长度之比不能小于1比3，为了增大爬电距离，确保绝缘特性，一般也不会超过1，因而中压气体绝缘开关伞裙间距和伞裙长度之比应在1/3～1范围之内。

(2)绝缘子内部有间隙时，与间隙相邻的伞裙沿面会电场畸变，与间隙不相邻的伞裙几乎不受影响。

教师反思具有逐步发展深化的特点，即从教学技术和技巧的运用开始，进一步反思教学环境、教学管理和教学条件对教学效果的影响，最后上升到教育价值和社会伦理道德的层面，反思学校的功能、教育的意义、教师的作用和学生的全面发展，反思教育的本质和终极意义[12-13]。吴一安认为，在外语教师发展的过程中，教师由最初的关注自我，逐步转向关注教学和关注教学对学生的效果[5]。教师这种关注点的变化与教师反思逐步深入的趋势相一致；关注点的变化意味着教师反思行为不断深入，教师信念经历的不断变化与建构，推动了教师职业的发展成熟。

(3)绝缘子内部有间隙时比无间隙时沿面电场强度大，且间隙越大，与间隙相邻的伞裙沿面电场畸变越严重。

(4)文中的研究结果为绝缘子的优化设计及提供参考依据，具有十分重要的参考价值。

参考文献

[1] 袁大陆.全国电力系统高压开关设备10年运行状况述评[J].电力设备，2005，1(1)：29-34.

[2] Shao T,Yan P,Long K,et al.Dielectric-barrier discharge excitated by repetitive nanosecond pulses in air at atmospheric pressure [J].IEEE Trans.Plasma Sci,2008,36(4):1358-1359.

[3] 李猛，杨镇宁，李俊豪，等.沿面介质阻挡放电装置静电场影响因素研究[J].电工电气，2016(6)：7-8.

[4] Voeten S J,Beckers F,van Heesch E,et al.Optical characterization of surface dielectric barrier discharge [J].IEEE Trans.Plasma Sci,2011,39(11):2142-2143.

[5] 李清泉，许光可，房新振，等.沿面型介质阻挡放电的数值仿真计算[J].高电压技术，2012，38(7):1548-1555.

[6 ] 周泽存，沈其工，方瑜，等.高电压技术[M].北京：中国电力出版,2007：62-92.

[7] 潘俊，方志.多脉冲均匀介质阻挡放电特性的仿真及实验研究[J].高电压技术，2012，38(5)：1132-1140.

[8] Jiutao An,Kefeng Shang,Na Lu,et al.Oxidation of mercury by active species generated from a surface dielectric discharge plasma reactor [J].Plasma Chemistry and Plasma Processing,2014,34(1):217-228.

[9] Nan Jiang,Na Lu,Kefeng Shang,et al.Innovative approach for benzene degradation using hybrid/packed-bed discharge plasma [J].Environmental Sciences & Technology,2013,47:9898-9903.

[10] 中国电器工业协会，全国高压开关设备标准化技术委员会.GB11022—1999 高压开关设备和控制设备标准的公用技术要求[S].北京：中国标准出版社，1999.

[11] 包博，谢天喜.750kV 高压电抗器笼式出线结构均压特性研究[J].电网技术，2011，35(5)：232-236.

[12] I Biganzoli,R Barni,C Riccardi,et al.Optical and electrical characterization of a surface dielectric barrier discharge plasma actuator [J].PlasmaSources Sci.Technol,2013,22(2):1-9.

[13] Takashima K,Zuzeek Y,Lempert WR,et al.Characterization of a surface dielectric barrier discharge plasma sustained by repititive pulses [J].Plasma Sources Sci.Technology,2011,20(5):1-10.

[14] 潘浩，殷庆铎，高文胜.固体绝缘中气隙尺寸对局部放电过程的影响[J].高电压技术，2008，34(3)：458-461.

[15] 严璋，朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2001：58-78.