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硅橡膠復合絕緣子技術發展趨勢探討

時間:2009-07-24 來源:亮報—英大網 作者:中國國家電纜網 點擊:
  絕緣子作為輸電線路安全運行的重要設備之一,其技術性能得到電力運行部門及制造業的普遍關注。資料顯示,我國復合絕緣子2008年的故障率為萬分之一,雖然這個數據表明了國產復合絕緣子質量水平達到了新的高度,但絕緣子核心技術仍需要進一步發展。對此,本報特邀國網電科院專家對我國復合絕緣子的技術發展趨勢進行探討。
  電網的高速發展促進了復合絕緣子產業的迅速壯大,使我國硅橡膠復合絕緣子制造技術居世界領先水平。
  粗略統計,全國復合絕緣子制造企業已超過100家,但占市場主導的企業僅有10多家。而且,由于硅橡膠復合絕緣子制造水平、質量管理、運行條件等方面存在較大差異以及復合絕緣子使用數量的逐年增多,近年來復合絕緣子發生閃絡、損壞事故日趨增多,表現在閃絡、機械強度下降、擊穿、脆斷、劣化及外力破壞等,極大地影響電網的安全可靠運行,這也表明在硅橡膠復合絕緣子制造技術上還存在一些尚待研究的問題。
  復合絕緣子發展歷程
  20世紀90年代以前,國內基本上以瓷絕緣子為主,玻璃絕緣子用量較少,而復合絕緣子尚處于研發階段。
棒形懸式復合絕緣子是在1995年以后開始進入實用化階段。此后,復合絕緣子入網數量連年翻番。尤其是2001年以后,整體注射成型、壓接式連接、多種形式密封措施等關鍵制造技術不斷成熟,并積累了大量的成功運行經驗,為復合絕緣子的推廣應用提供了契機,使復合絕緣子成為我國解決污穢地區輸電線路外絕緣污閃問題最為有效的方法之一。2004年以后,300~550千牛產品相繼成功研發,國產產品逐漸占據主導地位,引領世界復合絕緣子制造技術的發展。
  隨著棒形懸式復合絕緣子的廣泛應用,輸電線路污閃事故逐年下降,安全運行可靠性逐漸提高;而變電站設備用空心瓷絕緣子由于制造難度大,很難滿足超高壓電力設備的使用要求。為解決這個問題,借鑒復合硅橡膠在線路上的成功運行經驗。2004年,國產復合空心絕緣子、復合支柱絕緣子、復合硅橡膠增爬裙等開始在110~550千伏變電設備上大量使用,并為遏制污閃事故的發生起到了重要作用。
  隨著硅橡膠復合絕緣子在變電站推廣應用并取得良好的運行效果,變電站設備外絕緣復合化優勢和趨勢日漸突出。各級變電站母線門型構架進出線上的耐張串、跳線串和懸垂串等逐漸使用棒形懸式復合絕緣子;其次,各類變電設備,包括變壓器、斷路器、避雷器、互感器、電抗器、隔離開關、組合電器、電纜終端、穿墻套管、母線支柱等大量使用硅橡膠復合絕緣子。
  以硅橡膠材料的復合絕緣結構改變了傳統瓷為主的外絕緣結構,為高壓輸變電設備開拓一些新的技術領域。變電設備復合外絕緣的技術優勢、經濟性、可靠性已廣被認同,成為替代瓷空心絕緣子并解決污穢地區變電設備用瓷絕緣子污閃、斷裂、爆炸等問題的新一代產品。
  ◆延伸閱讀
  絕緣子的作用
  絕緣子俗稱瓷瓶,它是用來支持導線的絕緣體。絕緣子可以保證導線和橫擔、桿塔有足夠的絕緣。它在運行中能夠承受導線垂直方向的荷重和水平方向的拉力。它還經受著日曬、雨淋、氣候變化及化學物質的腐蝕。因此,絕緣子既要有良好的電氣性能,又要有足夠的機械強度。絕緣子的好壞對線路的安全運行是十分重要的。
  ◆鏈接
  絕緣子的分類
  絕緣子可按結構形式、功能和使用材料進行分類。
  (1)按結構形式可分為針式絕緣子、棒式絕緣子和懸式絕緣子。
  (2)按功能不同可分為普通型絕緣子和防污型絕緣子。
  (3)按使用材料可分為瓷質絕緣子、玻璃絕緣子和復合絕緣子(有機硅人工合成)絕緣子。
  復合絕緣子
  復合絕緣子是棒形懸式有機硅橡膠絕緣子的簡稱。復合絕緣子與傳統的瓷質絕緣子、玻璃絕緣子相比,具有質量輕、體積小、便于運輸和安裝、機械強度高以及耐污穢性能好等優點,同時在運行中可以免清掃,免預防性測試,可避免污閃事故。特別適用于城市電網和中等以上污穢地區使用。
  技術發展趨勢
  壓接強度控制
  目前,線路用硅橡膠復合絕緣子的最高機械強度均可達到550千牛強度等級,其機械裕度均可達1.4~1.5,甚至更高。復合絕緣子的制造技術成熟,工藝簡單,芯棒強度、金具強度和壓接強度的配合設計已較合理。按照現有的技術認識和運行經驗,復合絕緣子的壓接強度控制在(1.5~1.6)額定機構負荷,鋼腳破壞強度控制在(1.4~1.5)額定機構負荷,應是較為合理的。但目前國內企業對壓接式結構的復合絕緣子長期承受彎曲、扭轉的機械性能研究并不充分,對高噸位壓接式復合絕緣子的機械可靠性方面缺乏系統、深入地研究,這也不利于運行管理部門準確、快速掌握輸變電設備的運行狀態和使用特性。
傘型設計
  復合絕緣子由于脫模上的困難,其傘裙直徑難以同盤形懸式瓷、玻璃絕緣子的盤徑大小一致,因此,早期復合絕緣子傘裙盤徑和傘間距設計相比進行大量研究后,所確定的傘裙設計原則的盤形懸式瓷、玻璃絕緣子不大合理。當在長期高濕度大氣條件下運行時,若復合絕緣子憎水性出現部分喪失或完全喪失時,易發生傘裙間飛弧短接而導致閃絡事故,嚴重地威脅電網安全可靠運行。目前,對于輸電線路用復合絕緣子,其傘裙形狀較以往有了大幅改進,基本上以“大小傘”、“三傘結構五傘組合”和“兩大兩中”三種傘型為主,傘徑達到200毫米,傘間距達到了140毫米;對于各類空心復合絕緣子,要防止較為密集的傘裙結構設計易在大雨或暴雨下雨水連成鏈狀,引起雨閃。因此,復合絕緣子傘裙形狀的優化設計仍是一個需要系統研究的重點。
  界面和密封結構設計
  界面和密封結構設計是復合空心絕緣子設計的關鍵,畢竟復合空心絕緣子的運行時間不長、數量不多,其很多關鍵性技術未經過運行環境長期考驗,特別是端部附件、玻璃纖維增強環氧樹脂管與傘套三者的界面,若處理不當,將會影響復合空心絕緣子的安全運行。近年來,由于密封質量下降導致套管出現事故的也很多,大多是端部附件澆裝界面的硅填充物(RTV密封膠)不密實,或由于溫差變化出現裂紋導致水分滲入,或者母線、開關、斷路器等在自身重力、覆冰、風力的作用下,產生垂直于復合空心絕緣子軸向的拉力,引起端部連接界面裂縫擴大,進而漏油或漏氣,引發嚴重事故。
  復合空心絕緣子的芯體是玻璃纖維浸環氧樹脂高溫纏繞的,它同時承受機械應力、電應力、六氟化硫及其分解物的化學作用,大氣中的水分可能由于設計缺陷、質量缺陷等進入內部,使玻璃纖維增強環氧樹脂管發生劣化。并且,玻璃纖維增強環氧樹脂管的膨脹系數接近于零,而鋁合金的膨脹系數為0.26×10-6,兩者相差盡管很小,但氣體無孔不入,為了保證產品在戶外長期運行的可靠性與安全性,設計和制造時要能保證端部附件、玻璃纖維增強環氧樹脂管和護套的界面聯接和密封可靠。
  關鍵參數控制
  為降低劣化率,提高產品質量的穩定性和一致性,除加強生產管理和質量控制外,增加檢驗手段,提高技術參數也是剔除缺陷產品的一種有效途徑。如對復合絕緣子關鍵是對壓接過程的控制,F在已要求壓接過程必須采用聲發射探測法并配有其他有效的質量控制手段逐個檢測,杜絕發生端部連接過壓和欠壓問題。要求復合絕緣子破壞負荷的平均值減去3倍標準偏差大于額定機械負荷。對于高噸位產品,還要求進行1.2SML持續24小時的機械拉伸負荷試驗。芯棒的水擴散試驗由早期規定的1毫安提高至小于0.3毫安。另外,對于不同電壓等級的護套厚度進行了提高,芯棒要求逐個進行燈光透視檢查,應能通過雷電沖擊耐受電壓試驗和耐應力腐蝕試驗及機械拉伸破壞負荷對比試驗,傘裙護套材料的要求相比以往大大提高等。這些都是國內外首次進行的研究。
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