合成高壓電器發(fā)展

合成高壓電器發(fā)展

摘要：本文介紹了與國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)的充油、充氣的高壓電器完全不同的新一代合成材料的高壓電器，包括穿墻套管、電流互感器、電纜終端頭在中國(guó)的發(fā)展過(guò)程、這種產(chǎn)品的技術(shù)性能和發(fā)展前景。

1.前言

九十年代初期，在中國(guó)大地上出現(xiàn)了一種無(wú)油、無(wú)氣、無(wú)瓷的以氟塑料為內(nèi)絕緣，以硅橡膠為外絕緣的完全不同于國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的新型高壓電器—高壓穿墻套管。與傳統(tǒng)的充油瓷套管不同，它的設(shè)計(jì)思想獨(dú)特、結(jié)構(gòu)新穎，它的某些技術(shù)特性已超過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)iec和中國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb，而且被越來(lái)越多的用戶所采用。

至今，這種干式系列產(chǎn)品，包括穿墻套管、電流互感器和電纜終端頭已經(jīng)得到長(zhǎng)足的進(jìn)步和快速的發(fā)展。這種產(chǎn)品具有無(wú)油、無(wú)氣、無(wú)瓷，體積小、重量輕、防火、防爆、防污閃等突出優(yōu)點(diǎn).自1990年至今，已有10000多臺(tái)上述產(chǎn)品在電力系統(tǒng)安全運(yùn)行,沒(méi)有發(fā)生一例事故。

2.發(fā)展過(guò)程

眾所周知，無(wú)論國(guó)內(nèi)或國(guó)外市場(chǎng)上，66kv及以上的傳統(tǒng)的高壓穿墻套管、電纜終端頭、電流互感器等大多使用充油瓷套管。它存在易滲漏、易燃、易爆、污閃、維護(hù)工作量多、體積大、質(zhì)量重等一些潛在問(wèn)題。隨著環(huán)境的日益惡化，瓷表面的污閃也常有發(fā)生，閃絡(luò)概率隨著環(huán)境污穢程度而增大。過(guò)去都是用增大泄漏比距的辦法來(lái)解決，但泄漏比距的增大是有限度的，泄漏比距越大，瓷套管的燒成合格率越低，為此，我們開發(fā)了一種具有新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和完全不同以往的材料的新一代產(chǎn)品。

干式高壓穿墻套管的開發(fā)九十年代初期，隨著城網(wǎng)改造的發(fā)展，城市戶內(nèi)變電站很快的發(fā)展起來(lái)，對(duì)穿墻套管的需求越來(lái)越多。面對(duì)上述問(wèn)題，我們必須走一條獨(dú)具特色的用有機(jī)絕緣材料代替油瓷絕緣的新路。

1990年,我們研制出第一批sta型的9只穿墻套管并運(yùn)行于大連老虎灘變電站,隨后,在東北和云南運(yùn)行了200多只。

但是，sta穿墻套管還存在一些缺點(diǎn)。由于它是用交聯(lián)聚乙烯電纜制成的，兩端需要用支柱絕緣子支撐.為此，我們于1994年研制成功stb型高壓穿墻套管。至今已有10000多只stb套管在電網(wǎng)上運(yùn)行，已經(jīng)覆蓋了從海南到大慶，從東海岸到新疆的二十幾個(gè)省、市的地域，詳見照片2、3。stb套管的外形見照片1，其結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1stb穿墻套管結(jié)構(gòu)圖

照片2大連老虎灘變電站sta-66運(yùn)行

照片3stb-110運(yùn)行在南京

?干式電纜終端頭的開發(fā)

目前，我國(guó)和其他國(guó)家的電纜終端頭絕大多數(shù)均為充油產(chǎn)品，主要結(jié)構(gòu)是在電纜絕緣屏蔽層的端部加裝應(yīng)力錐以改善電場(chǎng)分布，并且裝入充油的瓷套管中。不僅體積大、重量重、維護(hù)工作量大，而且價(jià)格昂貴。

1996年我們?cè)趕ta穿墻套管的基礎(chǔ)上又研制成功了gdz型干式電纜終端頭，它結(jié)構(gòu)獨(dú)特、新穎，是在交聯(lián)聚乙烯電纜的絕緣表面附設(shè)若干個(gè)相互絕緣的金屬均壓屏，強(qiáng)迫電纜絕緣表面電壓分布均勻,大大提高沿面放電電壓和徑向擊穿電壓。它比國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的電纜終端頭性能良好、基本不需維護(hù)且價(jià)格便宜。見結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2和等值電路圖3。

gdz電纜終端頭已經(jīng)在中國(guó)的許多省份，如山東、廣東、河南、河北、遼寧等廣泛地推廣。由于該產(chǎn)品重量輕，又不須周期性地維護(hù)，所以可以不必安裝在專門的電纜終端站內(nèi)而直接地安裝在塔頭上.見照片4、5。

照片6電流互感器外形圖

圖4電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

照片7lrgbj-110ct運(yùn)行

照片8lrgbj-220ct運(yùn)行

3．產(chǎn)品的優(yōu)良特性

新一代有機(jī)合成材料高壓電器的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是采用氟塑料和硅橡膠作為主要絕緣材料，代替油、瓷和sf6氣體，這種結(jié)構(gòu)具有如下許多優(yōu)點(diǎn)。

無(wú)油、無(wú)瓷、防火、防爆、不污染環(huán)境；

體積小、質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于施工,不需維護(hù)；

干式系列產(chǎn)品運(yùn)行的非常安全，具有極好的防污閃特性。電壓分布均勻，大大提高污閃電壓；

在2001年1月22日發(fā)生在東北南部和華北北部的一次最嚴(yán)重的污閃事故中在35~550kv的線路上和30多個(gè)電站內(nèi)有900多個(gè)閃絡(luò)點(diǎn)，而我們生產(chǎn)的300多只穿墻套管、電流互感器和電纜終端頭中沒(méi)有一只閃絡(luò)。

主要原因是：

a.套管絕緣體表面的電位梯度被插入絕緣體的多層導(dǎo)電屏控制，并且硅橡膠傘裙表面緊緊地貼在套管絕緣體上，不似油瓷套管表面與絕緣體表面之間有那么遠(yuǎn)的間隙。因此，硅橡膠傘裙表面比油瓷套管表面的電場(chǎng)分布更均勻，使閃絡(luò)電壓有很大的提高。

b.硅橡膠的憎水性比瓷好，水在其表面形成水珠并很快滾落下來(lái)，由于這個(gè)原因也使閃絡(luò)電壓大大提高。從污穢耐受試驗(yàn)中也得出相同結(jié)論。例如，具有/cm2等值附鹽密的66kvstb穿墻套管比油瓷套管能耐受更高的電壓和更長(zhǎng)的時(shí)間。

局部放電量低且具有“自衰”特性。

每一臺(tái)產(chǎn)品的局部放電量出廠時(shí)都低于5pc，這一水平低于iec標(biāo)準(zhǔn)。與iec標(biāo)準(zhǔn)的比較列

這種干式組合絕緣的電器產(chǎn)品不僅局部放電量低，而且具有極好的局部放電“自衰”特性。這一特性與油紙絕緣是完全不同的，也是我們?cè)陂_發(fā)這種新型高壓電器之初所始未料及的。一般說(shuō)來(lái)，油紙絕緣的高壓電器其局部放電的發(fā)生隨著施加電壓的增高和時(shí)間的延長(zhǎng)而變得愈益嚴(yán)重。但此種有機(jī)絕緣薄膜的局部放電特性卻與油紙絕緣的正好相反，它隨著施加電壓的時(shí)間的延長(zhǎng)越來(lái)越好，局部放電量降低、局部放電起始電壓提高。大量的運(yùn)行和試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)了這一結(jié)論。在哈爾濱科技大學(xué)胡似徽教授的幫助下，我們共同完成了這一課題的試驗(yàn)和研究工作。

1995年我們?cè)鴮?duì)4年前投入電網(wǎng)運(yùn)行的大連老虎灘變電站的3＃套管進(jìn)行了試驗(yàn)、解剖分解，試驗(yàn)結(jié)果局部放電量比投運(yùn)時(shí)略有降低，解剖可見內(nèi)部絕緣及所有材料、元件都完好如初，也進(jìn)一步證實(shí)了這一“局放自衰”的結(jié)論。

介質(zhì)損耗因數(shù)小且介質(zhì)絕緣熱穩(wěn)定好。

由于氟塑料屬中性介質(zhì)，其介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ很小，為1×10-4,用它制成的高壓電器產(chǎn)品的介質(zhì)損耗因數(shù)也很小，而且能夠耐受260℃。例如，電流互感器lrgbj-110及l(fā)rgbj-220樣品在國(guó)家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心試驗(yàn)值均為。這一優(yōu)良的特性將有利于延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命。我們?cè)?jīng)對(duì)一只66kv高壓穿墻套管進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，即在2u0下，通入額定電流in，1000h后，又用此套管按110kv的水平重復(fù)進(jìn)行了加速老化試驗(yàn)，連續(xù)兩個(gè)老化試驗(yàn)后的套管不僅沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何損壞，介質(zhì)損耗因數(shù)都沒(méi)有變化，局部放電量更低，并又通過(guò)了工頻耐壓試驗(yàn)。

lrgbj-220樣品在國(guó)家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心還進(jìn)行了絕緣熱穩(wěn)定試驗(yàn)，證明它不僅介質(zhì)損耗因數(shù)小，而且在長(zhǎng)期加熱過(guò)程中介質(zhì)損耗因數(shù)穩(wěn)定，穩(wěn)定時(shí)間超過(guò)iec的規(guī)定值。

有較好的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定和機(jī)械耐受特性

2001年，在中國(guó)國(guó)家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通過(guò)了110kv和220kv電流互感器的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定和機(jī)械靜荷載耐受試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果列于表2。

生產(chǎn)周期短

充油ct除包饒、組裝外，還須進(jìn)行真空干燥、真空注油等工序，每臺(tái)產(chǎn)品整個(gè)工序須20天，而干式電器每臺(tái)產(chǎn)品只需包饒、組裝后即可試驗(yàn)出廠。每一臺(tái)產(chǎn)品各工序所經(jīng)歷的時(shí)間只須2天。

4.合成絕緣干式高壓電器系列產(chǎn)品的發(fā)展前景

從1990年始至今，用硅橡膠和氟塑料制成的新型的干式高壓電器產(chǎn)品，包括干式穿墻套管、干式電流互感器和干式電纜終端頭，在電力系統(tǒng)上運(yùn)行中從未發(fā)生過(guò)任何事故，被廣大用戶歡迎。

我們將不斷地改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和提高產(chǎn)品安全性和可靠性，進(jìn)一步徹底解決充油系列產(chǎn)品漏油、爆炸和污染環(huán)境