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[摘 要]本文主要对1100kV GIS 用隔离开关罐体结构从机械强度方面进行了分析论证，并 通过有限元分析软件对其进行验证。
[关键词]1100kV GIS 罐体、有限元分析、等效应力
中图分类号：X378 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0402-01
0 引言
GIS（Gas Isolated Switchger）-SF6气体绝缘金属封闭开关设备是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、量测作用的电器设备。GIS是以金属罐体为外壳，导电杆和绝缘件封闭在内部并充入一定压力的SF6气体，SF6气体作为绝缘和灭弧介质。经过30多年的研制开发，GIS技术发展很快并迅速被应用于全世界范围内的电力系统。目前，随着全球电力系统自身的发展以及对系统运行可靠性要求的日益提高，GIS罐体设计是设备安全稳定运行的基础，涉及到电场和机械强度的设计，是GIS的基础核心部件。
本文采用有限元分析法对1100kV GIS隔离开关罐体强度进行了分析计算，从而全面系统的掌握GIS 罐体设计要领。通过强度分析结果与实际生产制造过程中原件破坏强度的对比，对于今后的GIS罐体设计提供数据和参考。
1 分析方法和理论依据
分析计算使用有限元法（Finite Element Analysis Method），强度较核采用Mises等效应力（von Mises Stress），它遵循材料力学第四强度理论（形状改变比能屈服准则）。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料塑性变形破坏的主要原因，试验资料表明，碳钢、铜铝等塑性材料宜采用第四强度理论。
强度理论公式為：
有限元分析软件采用：MSC.Visualnastran 4D Desktop 2004.
2 分析步骤和计算结果
⑴用Solidworks2001对分析对象进行建模，通过软件的Visualnastran数据接口导入到Visualnastran进行分析。
⑵设定该罐体的材料参数，具体设定如下：
⑶根据隔离开关罐体的安装方式及运行条件设定约束、受力等边界条件。
具体如下：
①罐体内部按设计压力加载0.7Mpa压力。
②各法兰面所受压力根据法兰孔受力面积转化为作用在法兰面的分布载荷。
③其余重量由软件根据指定的材料参数自动计算确定。
⑷使用Visualnastran的Stress模块进行受力分析，得出Von Mises Stress分布云图，并显示加载后罐体的变形云图和安全系数 （图1～图3） 。
3 结论
罐体所受最大压力为144Mpa ，出现在罐体出口相贯的焊接处，该应力小于材料的屈服强度345Mpa ，总体设计满足强度要求并有一定的安全裕度。罐体在设计压力作用下的最大位移量为2.93mm，刚度较好，满足设计要求。该罐体设计参数对于同等工作压力及直径GIS的罐体提供借鉴。
参考资料
[1] MSC.visualNastran 4D 2004 Technical Information
[2] 刘洪文.材料力学.北京：高等教育出版社，1992.9
作者简介：
宋喆（1984-），女，助理工程师，主要从事高压电器产品研发设计工作。
林海（1964-），男，工程师，主要从事高压电器产品安装与售后维修工作。
[关键词]1100kV GIS 罐体、有限元分析、等效应力
中图分类号：X378 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）39-0402-01
0 引言
GIS（Gas Isolated Switchger）-SF6气体绝缘金属封闭开关设备是在高压线路中用来实现关合、开断、保护、控制、调节、量测作用的电器设备。GIS是以金属罐体为外壳，导电杆和绝缘件封闭在内部并充入一定压力的SF6气体，SF6气体作为绝缘和灭弧介质。经过30多年的研制开发，GIS技术发展很快并迅速被应用于全世界范围内的电力系统。目前，随着全球电力系统自身的发展以及对系统运行可靠性要求的日益提高，GIS罐体设计是设备安全稳定运行的基础，涉及到电场和机械强度的设计，是GIS的基础核心部件。
本文采用有限元分析法对1100kV GIS隔离开关罐体强度进行了分析计算，从而全面系统的掌握GIS 罐体设计要领。通过强度分析结果与实际生产制造过程中原件破坏强度的对比，对于今后的GIS罐体设计提供数据和参考。
1 分析方法和理论依据
分析计算使用有限元法（Finite Element Analysis Method），强度较核采用Mises等效应力（von Mises Stress），它遵循材料力学第四强度理论（形状改变比能屈服准则）。第四强度理论认为形状改变比能是引起材料塑性变形破坏的主要原因，试验资料表明，碳钢、铜铝等塑性材料宜采用第四强度理论。
强度理论公式為：
有限元分析软件采用：MSC.Visualnastran 4D Desktop 2004.
2 分析步骤和计算结果
⑴用Solidworks2001对分析对象进行建模，通过软件的Visualnastran数据接口导入到Visualnastran进行分析。
⑵设定该罐体的材料参数，具体设定如下：
⑶根据隔离开关罐体的安装方式及运行条件设定约束、受力等边界条件。
具体如下：
①罐体内部按设计压力加载0.7Mpa压力。
②各法兰面所受压力根据法兰孔受力面积转化为作用在法兰面的分布载荷。
③其余重量由软件根据指定的材料参数自动计算确定。
⑷使用Visualnastran的Stress模块进行受力分析，得出Von Mises Stress分布云图，并显示加载后罐体的变形云图和安全系数 （图1～图3） 。
3 结论
罐体所受最大压力为144Mpa ，出现在罐体出口相贯的焊接处，该应力小于材料的屈服强度345Mpa ，总体设计满足强度要求并有一定的安全裕度。罐体在设计压力作用下的最大位移量为2.93mm，刚度较好，满足设计要求。该罐体设计参数对于同等工作压力及直径GIS的罐体提供借鉴。
参考资料
[1] MSC.visualNastran 4D 2004 Technical Information
[2] 刘洪文.材料力学.北京：高等教育出版社，1992.9
作者简介：
宋喆（1984-），女，助理工程师，主要从事高压电器产品研发设计工作。
林海（1964-），男，工程师，主要从事高压电器产品安装与售后维修工作。