合成材料高壓電器發(fā)展論文
時(shí)間:2022-11-08 10:50:00
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摘要:本文介紹了與國內(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、電纜終端頭在中國的發(fā)展過程、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,在中國大地上出現(xiàn)了一種無油、無氣(SF6)、無瓷的以氟塑料為內(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)特性已超過國際標(biāo)準(zhǔn)IEC和中國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB,而且被越來越多的用戶所采用。
至今,這種干式系列產(chǎn)品,包括穿墻套管、電流互感器(簡稱CT)和電纜終端頭已經(jīng)得到長足的進(jìn)步和快速的發(fā)展。這種產(chǎn)品具有無油、無氣、無瓷,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,沒有發(fā)生一例事故。
2.發(fā)展過程
眾所周知,無論國內(nèi)或國外市場上,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。過去都是用增大泄漏比距的辦法來解決,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。
2.1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,對(duì)穿墻套管的需求越來越多。面對(duì)上述問題,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。
2.2•干式電纜終端頭的開發(fā)
目前,我國和其他國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)赟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)簡圖2和等值電路圖3。
GDZ電纜終端頭已經(jīng)在中國的許多省份,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)非常簡單,結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn)是采用氟塑料(聚四氟乙烯)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)。
3.1無油、無瓷、防火、防爆、不污染環(huán)境;
3.2體積小、質(zhì)量輕,結(jié)構(gòu)簡單,便于施工,不需維護(hù);
3.3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,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0.3mg/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的時(shí)間(69kV,90min)。
3.4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)的比較列于表1
表1
項(xiàng)目
IEC標(biāo)準(zhǔn)
本企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
局部放電量
20pC
5pC
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。一般說來,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)間的延長越來越好,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。
3.5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LRGBJ-220樣品在國家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心試驗(yàn)值均為0.0003。這一優(yōu)良的特性將有利于延長產(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(2*66/√3kV)下,通入額定電流IN(600A),1000h后,又用此套管按110kV的水平(2*110√3kV)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)后的套管不僅沒有發(fā)現(xiàn)任何損壞,介質(zhì)損耗因數(shù)都沒有變化,局部放電量更低,并又通過了工頻耐壓試驗(yàn)。
LRGBJ-220樣品在國家變壓器質(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,而且在長期加熱過程中介質(zhì)損耗因數(shù)穩(wěn)定,穩(wěn)定時(shí)間超過IEC的規(guī)定值。
3.6有較好的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定和機(jī)械耐受特性
2001年,在中國國家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心通過了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。
表2熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定和機(jī)械靜荷載耐受試驗(yàn)
項(xiàng)目
220kVCT
110kVCT
額定短時(shí)熱電流
50kA
31.5kA
短時(shí)熱電流時(shí)間
3s
4s
額定動(dòng)穩(wěn)定電流
125kA
80kA
機(jī)械耐受靜試驗(yàn)荷載
4000N
2000N
3.7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(F4)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)境的老大難問題。
參考資料:
王如璋、黃維樞,一種新型高壓電流互感器,電力設(shè)備,2001年第2期,24頁;
王如璋、廖蔚明、劉艷等,一種新型高壓電器-全塑高壓穿墻套管,高電壓技術(shù)。1996,22(2);
黃維樞、王如璋,66~110KV有機(jī)絕緣干式電纜終端頭,電力設(shè)備,2002年第1期,第46頁;