我國復(fù)合絕緣子的發(fā)展現(xiàn)狀

我國復(fù)合絕緣子的發(fā)展現(xiàn)狀

0電網(wǎng)建設(shè)、電網(wǎng)、復(fù)合絕緣子隨著城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)和改造、三峽工程、能源東輸、鐵路工程部的啟動(dòng)，以及全國區(qū)域高壓網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的啟動(dòng)，這些特殊和超高壓線路將出現(xiàn)在大型區(qū)域供電網(wǎng)絡(luò)中。這些項(xiàng)目為連接行業(yè)的發(fā)展提供了機(jī)遇。國內(nèi)輸變電工程大量使用的瓷、玻璃、復(fù)合絕緣子中,傳統(tǒng)瓷絕緣子正逐漸喪失其主導(dǎo)地位。這一則是各電網(wǎng)(特別是華東、華北、東北等地)不斷發(fā)生的污閃事故為復(fù)合絕緣子的應(yīng)用提供了契機(jī);二則是我國輸變電設(shè)備目前的絕緣配置偏低。復(fù)合絕緣子以體積小、重量輕、強(qiáng)度高、耐污穢和清掃維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)成為高壓輸電線路的新一代產(chǎn)品,顯示出比瓷、玻璃絕緣子獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)地位。1中國絕緣材料的制造1.1制污水制品,研制空心瓷高效材料唐山高壓電瓷廠、撫順電瓷廠、西安西電高壓電瓷有限公司、西安雙佳高壓電瓷有限公司等都能生產(chǎn)126~550kV支柱瓷絕緣子和瓷套。其中唐山、撫順及西安西電3家公司已開發(fā)出750kV戶外棒形支柱瓷絕緣子,彎曲破壞負(fù)荷≮12.5kN,扭轉(zhuǎn)破壞負(fù)荷≮10.0kNm。撫順廠已開發(fā)出750kV空心瓷絕緣子,為研制MV級(jí)支柱和瓷套奠定了基礎(chǔ)。國內(nèi)早期瓷支柱和瓷套成型工藝以濕法成型工藝為主,其后多采用等靜壓干法成型工藝,產(chǎn)品瓷質(zhì)均勻、強(qiáng)度高、分散小,結(jié)構(gòu)致密,避免了真空練泥機(jī)擠制給坯體內(nèi)帶來的螺旋結(jié)構(gòu)。自貢SEDIVER公司已造出110~500kV玻璃支柱絕緣子,且通過型式試驗(yàn),能開發(fā)800kV支柱絕緣子,其基礎(chǔ)元件為鋼化多錐體玻璃結(jié)構(gòu),最大高度2.4m,最大桿徑375mm,由水泥膠合劑疊裝而成,整支最大彎曲負(fù)荷可達(dá)20kN。玻璃支柱絕緣子各部件熱膨脹系數(shù)相近,不會(huì)像瓷支柱因熱配合不當(dāng)而易發(fā)生老化及出現(xiàn)表面缺陷。1.2直接參數(shù)產(chǎn)品國內(nèi)早期瓷絕緣子主要制造<160kN級(jí)產(chǎn)品,目前僅大連電瓷廠和唐山NGK公司制造水平已達(dá)國際先進(jìn)水平,能制造交流系列70~530kN和直流系列160~400kN產(chǎn)品,造型有普通型、鐘罩型及雙傘型、三傘型。兩家企業(yè)產(chǎn)能均達(dá)200萬片/a。2001年大連廠全年出口160、210kN直流瓷絕緣子近50萬片,供貨國內(nèi)直流線路如葛-上、天-廣、貴-廣、龍-政等線路產(chǎn)品近70萬片,供貨三峽工程500kV線路近百萬片。唐山NGK公司迄今出口絕緣子約60萬片,內(nèi)銷約20萬片。1.3企業(yè)主要制造技術(shù)開發(fā)鋼化玻璃絕緣子機(jī)電性能好、易維護(hù),不易劣化,全球使用已超過2億片。我國南京電瓷廠、自貢SEDIVER公司能制造交流70~530kN和直流160~400kN的產(chǎn)品,年產(chǎn)均達(dá)400萬片。造型以普通型、鐘罩型為主。天津DIELVE公司能制造交流70~400kN產(chǎn)品,年產(chǎn)亦有250萬片。3企業(yè)制造技術(shù)水平均達(dá)國際先進(jìn)。自貢SEDIVER公司玻璃件從法國SEDIVER集團(tuán)進(jìn)口,鐵帽由另一家法國SEDIVER集團(tuán)的獨(dú)資企業(yè)用可鍛鑄鐵制造;鋼腳則由國內(nèi)廠家用中碳鋼制造并按SEDIVER的工藝進(jìn)行熱處理;采用高鋁水泥膠合劑和振動(dòng)裝配機(jī)裝配。有效地消除鋼化玻璃傘盤的內(nèi)部孔隙和有害雜質(zhì)以及鋼化處理使玻璃傘盤的表面產(chǎn)生250MPa的永久壓縮預(yù)應(yīng)力則是塞迪維爾的兩項(xiàng)專有技術(shù)。天津DIELVE絕緣子有限公司從意大利DIELVE公司進(jìn)口玻璃絕緣件,并將于后期在國內(nèi)建設(shè)玻璃件生產(chǎn)線。金屬附件由國內(nèi)配套,水泥采用進(jìn)口的高鋁水泥,絕緣子裝配技術(shù)和設(shè)備由意大利DIELVE公司提供。南京電瓷廠于2002年5月停產(chǎn)改造后,引進(jìn)意大利鋼化玻璃絕緣子的生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、配方、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等,并全面改造配料系統(tǒng),增大熔化池爐面積,新增一條成型生產(chǎn)線和冷熱沖擊線,護(hù)容改造了成品裝配線。1.4復(fù)合調(diào)控工藝20多年來國內(nèi)已研制出不同結(jié)構(gòu)型式和連接工藝的復(fù)合絕緣子。目前,東莞、廣州、淄博、襄樊等地企業(yè)已能大規(guī)模生產(chǎn)35~500kV、70~400kN的棒型懸式復(fù)合絕緣子。迄今已有約250萬支復(fù)合絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行。除廣泛應(yīng)用于國內(nèi),還大量出口。目前,復(fù)合絕緣子的傘裙護(hù)套成形工藝和組裝方式有整體注射成型、擠包護(hù)套單傘套裝、整體模壓成型3種工藝,端部連接結(jié)構(gòu)又分內(nèi)(外)鍥式、壓接式、膠裝式3種。傘裙材質(zhì)和端部金具也各不相同。近幾年,復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)工藝已完成芯棒與護(hù)套界面的連續(xù)擠壓、整體注射的改進(jìn);端部金具與芯棒連接逐漸采用壓接式,兩端金屬附件連接區(qū)的界面采取高溫硫化工藝,并采用耐酸芯棒。表明我國復(fù)合絕緣子技術(shù)已達(dá)到國際先進(jìn)水平,其運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已引起CIGRE和IEC的關(guān)注。目前,淄博泰光公司采用整體擠包護(hù)套穿傘和壓接工藝生產(chǎn)的750kV、210和300kN復(fù)合絕緣子已通過兩部鑒定,而東莞高能公司采用整體注射和壓接式工藝也生產(chǎn)出750kV、160~300kN的復(fù)合絕緣子。更高機(jī)械強(qiáng)度的復(fù)合絕緣子尚在開發(fā)。2由于使用中的質(zhì)量問題2.1異常電壓和污水閃絡(luò)近年因設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量、安裝和運(yùn)行檢修等原因?qū)е码娏ο到y(tǒng)頻繁發(fā)生支柱絕緣子斷裂和污閃嚴(yán)重事故,總計(jì)斷裂和裂紋420次。2001年初東北、華北和河南電網(wǎng)污閃事故中,支柱瓷絕緣子引起的占78.0%,其中24組雙柱接地刀閘污閃占閃絡(luò)總數(shù)52.2%。絕緣子在遭受雷擊等異常電壓或污穢引起閃絡(luò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生工頻大電弧,使絕緣體表面高低溫驟變而損壞絕緣體。斷裂主要原因一是瓷柱制造中殘留內(nèi)在缺陷,二是瓷件鐵帽和法蘭支持金屬附件的水泥膠裝工藝存在問題,包括水泥膨脹問題的處理,三是設(shè)計(jì)機(jī)械強(qiáng)度偏低(如抗彎強(qiáng)度低于運(yùn)行要求)及未嚴(yán)格按要求安裝使絕緣子異常受力、操作不當(dāng)?shù)?。電氣事故原因?yàn)榻^緣配置偏低。一是我國污穢設(shè)計(jì)原則是爬電比距法,卻基本未考慮由該法確定絕緣水平應(yīng)考慮的絕緣子爬電距離有效系數(shù)。二是實(shí)際運(yùn)行的污穢等級(jí)往往高于設(shè)計(jì)值等。2.2受雷于基層干預(yù)續(xù)流而斷串盤形懸式瓷絕緣子的主要問題是隨運(yùn)行時(shí)間增長而劣化并在遭受雷擊或污閃時(shí)因工頻續(xù)流而斷串。近年110~500kV電壓等級(jí)線路的類似掉線事故已出現(xiàn)多次,國民經(jīng)濟(jì)損失重大。2.3材料組件材質(zhì)目前輸電線路上運(yùn)行的國產(chǎn)玻璃絕緣子已有2200萬片,外資企業(yè)生產(chǎn)的也有近1200萬片,均未發(fā)生掉串事故,可靠性明顯較高,原因是玻璃的線膨脹系數(shù)較瓷大得多,較復(fù)合絕緣材料小得多,而與金屬附件和水泥接近,因而受力組件材質(zhì)匹配良好。在各種氣候條件下,不會(huì)象瓷絕緣子和復(fù)合絕緣子那樣容易產(chǎn)生危險(xiǎn)應(yīng)力而導(dǎo)致劣化。玻璃絕緣子的主要問題是表面壓應(yīng)力和內(nèi)部張應(yīng)力不平衡導(dǎo)致自爆率高,主要影響因素為玻璃的化學(xué)均勻性、應(yīng)力分布均勻性以及玻璃的鋼化強(qiáng)度。為降低自爆率應(yīng)改進(jìn)鋼化、熔制工藝及玻璃成分,還需加強(qiáng)檢測(cè)和質(zhì)量管理,提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。2.4信息趨多的問題隨著線路復(fù)合絕緣子使用量的劇增,有關(guān)閃絡(luò)及損壞的信息趨多。其問題也是絕緣子斷串和閃絡(luò)兩類。前者屬產(chǎn)品質(zhì)量問題;后者與運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)不多而導(dǎo)致使用不當(dāng)有關(guān),其中污閃也與硅橡膠性能和傘裙形狀不合理有關(guān)。3中國與發(fā)達(dá)國家之間的差距和發(fā)展方向3.1支架絕算器3.1.1特高壓mv級(jí)支柱元件國外現(xiàn)已能制造高彎曲破壞負(fù)荷絕緣子元件,如前西德羅森塔爾公司研制成最大桿徑250mm、長2m、彎曲負(fù)荷100kN·m的元件。特高壓MV級(jí)支柱絕緣子頂部彎曲負(fù)荷可能達(dá)20kN。我國應(yīng)加大力度自主開發(fā)國際水平的支柱絕緣子。3.1.2高抗彎支柱結(jié)構(gòu)國外復(fù)合支柱絕緣子已有相當(dāng)數(shù)量的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),但玻璃鋼筒剛度不高,產(chǎn)品彎曲負(fù)荷低,多用于≤220kV等級(jí)。復(fù)合硅橡膠傘裙和瓷柱組合絕緣結(jié)構(gòu)大大降低高抗彎支柱絕緣子的制造難度又顯著提高了耐污性能,是有希望的技術(shù)路線。迄今已研發(fā)出變電站用復(fù)合支柱絕緣子,220kV的抗彎強(qiáng)度達(dá)8~4kN,110kV產(chǎn)品的抗彎強(qiáng)度達(dá)12~4kN,抗扭強(qiáng)度4~2kN·m。應(yīng)更多地使用復(fù)合支柱絕緣子來解決運(yùn)行支柱所存在的污閃、斷裂和裂紋問題,同時(shí)應(yīng)加大力度開發(fā)出抗彎、抗扭強(qiáng)度和電壓等級(jí)更高以及開關(guān)用復(fù)合支柱產(chǎn)品。3.2瓷器絕3.2.1kn等級(jí)產(chǎn)品日本NGK公司現(xiàn)已能制造700、840kN等級(jí)的產(chǎn)品。我國僅大連電瓷廠今年通過了530kN等級(jí)的兩部鑒定,應(yīng)加大力度開發(fā)高噸位絕緣子。3.2.2長距離移動(dòng)設(shè)備的有效性目前國內(nèi)還未系統(tǒng)研究不同種類型式的瓷、玻璃絕緣子爬電距離的有效性問題,污穢設(shè)計(jì)時(shí)很難選擇出具有優(yōu)良污耐壓特性的防污型絕緣子。3.2.3降低瓷絕緣子的年惡化率日本NGK公司的產(chǎn)品所老化率目標(biāo)定為≯10-5,國內(nèi)廠家尚需對(duì)劣化絕緣子產(chǎn)生的原因和年劣化率展開調(diào)查,并提高瓷絕緣子的制造水平。3.3如何提高邊緣質(zhì)量國產(chǎn)玻璃絕緣子年自爆率偏高,自貢SEDIVER公司產(chǎn)品年自爆率約0.0002,如何進(jìn)一步提高絕緣子質(zhì)量,降低年自爆率,成為亟待研究的問題。3.4復(fù)合絕緣材料3.4.1高性能機(jī)械強(qiáng)度產(chǎn)品的開發(fā)法國SEDIVER公司1996年即已制造出600kN的復(fù)合絕緣子。國內(nèi)目前最高為400kN。3.4.2產(chǎn)品表面形態(tài)復(fù)合絕緣子在一般地區(qū)使用壽命應(yīng)≮15a,國外已有運(yùn)行>20a的產(chǎn)品。而國內(nèi)產(chǎn)品有些運(yùn)行3~5a出現(xiàn)脆化、硬化、粉化和開裂等現(xiàn)象,或在雨、露、霧、雪等條件下表面出現(xiàn)局部放電、憎水性減弱或消失。應(yīng)針對(duì)不同地域和運(yùn)行條件改進(jìn)配方。3.4.3小傘徑和小傘間傘進(jìn)入滑滑性能復(fù)合絕緣子相對(duì)瓷和玻璃絕緣子而言,其傘裙形狀較不合理。小傘徑和小傘間的傘裙形狀易使相鄰傘裙間局部爬電距離被空氣放電短路、傘裙間飛弧短接,減少有效爬電距離。尤其運(yùn)行若干年后憎水性完全或部分喪失使這種現(xiàn)象更易發(fā)生。3.4.4避免電弧損傷均壓裝置若未能有效地保護(hù)金屬附件、芯棒及傘套避免被電弧灼傷,則容易造成絕緣子掉串。迄今國內(nèi)外尚未系統(tǒng)地開展復(fù)合絕緣子工頻電弧特性的研究,有待于進(jìn)一步積累經(jīng)驗(yàn)。3.4.5復(fù)合絕緣材料的檢測(cè)技術(shù)與在線監(jiān)測(cè)的研究運(yùn)行復(fù)合絕緣子的監(jiān)測(cè)技術(shù)國內(nèi)外均未成熟。4研制復(fù)合絕緣子①建議應(yīng)組織專家調(diào)研瓷和玻璃絕緣子的劣化率、自爆率及復(fù)合絕緣子的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn);②積極研制和大力推廣530kN瓷或玻璃絕緣子及400kN復(fù)合絕緣子的試運(yùn)行,加大技術(shù)改造,逐漸實(shí)現(xiàn)瓷和玻璃絕緣子全過程自動(dòng)化生產(chǎn)。增強(qiáng)絕緣子的全過程質(zhì)量管理,提高其質(zhì)量穩(wěn)定性、全過程合格率和運(yùn)行可靠性;③復(fù)合絕緣子發(fā)展前景廣闊,應(yīng)加大力度使用,集中力量開發(fā)研制,特別是750kV及以上的復(fù)合絕緣子在延緩材料老化和預(yù)測(cè)壽命周期上應(yīng)取得突破,滿足不同地域和運(yùn)行環(huán)境條件運(yùn)行的要求;④應(yīng)加強(qiáng)復(fù)合絕緣子積污特性監(jiān)測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究。武漢高壓研究所初步研究證明復(fù)合絕緣子積污特性并不明顯優(yōu)于瓷、玻璃絕緣子,且粉塵污染嚴(yán)重,灰密>2mg/cm2后憎水性完全喪失。⑤大力改進(jìn)完善復(fù)合絕緣子均壓裝置,保護(hù)金屬附件、