丁柏慶 高澤禹

摘要：隨著國家的快速發(fā)展，各領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，電力企業(yè)的不斷改革和提高，高壓隔離開關(guān)是GIS設(shè)備中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，能夠保證高壓電器及裝置在檢修工作時(shí)的安全，起隔離高電壓的作用，同時(shí)還可用于不產(chǎn)生強(qiáng)大電弧的某些切換操作。絕緣拉桿作為隔離開關(guān)本體和操作機(jī)構(gòu)之間機(jī)械連接的傳動(dòng)零件，由于在工作中長期承受瞬時(shí)載荷，其性能好壞直接決定了高壓隔離開關(guān)的可靠性。

關(guān)鍵詞：420kV;GIS隔離開關(guān);絕緣拉桿;放電問題

引言

絕緣拉桿作為GIS中主要的絕緣件之一，在高、低壓之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，在機(jī)械上驅(qū)動(dòng)開關(guān)可動(dòng)部分運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電氣連接的開斷，起著絕緣、操動(dòng)的雙重作用。絕緣拉桿在工作過程中既要承擔(dān)絕緣耐受———高的過電壓，還要承擔(dān)高的機(jī)械載荷，而考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)因素，絕緣拉桿一般結(jié)構(gòu)為細(xì)長型，在運(yùn)行中要承受拉伸載荷或扭轉(zhuǎn)載荷以及瞬時(shí)操作過電壓、雷擊過電壓等。而在電網(wǎng)中對(duì)電氣設(shè)備的可靠性要求比較高，GIS設(shè)備更換零部件比較復(fù)雜且困難，要求設(shè)備有較長的壽命。因此在設(shè)備設(shè)計(jì)階段就要充分考慮絕緣拉桿高的電氣絕緣性能、機(jī)械性能，要求產(chǎn)品重量輕、蠕變小、抗疲勞性能好，還需要材料具有良好的抗老化性能，需進(jìn)行一系列的型式試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。本文對(duì)芳綸纖維管狀絕緣拉桿在試驗(yàn)中出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象進(jìn)行分析和探討。

1故障特點(diǎn)

該次故障具有如下特點(diǎn)：a.屏蔽罩相對(duì)于絕緣拉桿傳動(dòng)銜接凸耳部兩側(cè)燒穿成洞，且金屬凸耳被熔化，已看不見痕跡，表明該部位燒傷嚴(yán)重，應(yīng)為故障激發(fā)點(diǎn)，但凸耳對(duì)地并非最小距離，該部位最小對(duì)地距離為帶有凸耳的柱形部件端面;b.管型絕緣拉桿尖角部位起層現(xiàn)象明顯，起層尖角部位在U型豁口端部，而U型豁口正處于與凸耳銜接部位，根據(jù)凸耳被熔化現(xiàn)象判斷，該部位應(yīng)為故障激發(fā)點(diǎn)。

2試驗(yàn)

2.1主要原材料及儀器設(shè)備

環(huán)氧樹脂，美國亨斯曼公司;固化劑、促進(jìn)劑，北京旭通鑫源科技有限公司;芳綸纖維織物，日本帝人公司;聚酯纖維織物，北京科拉斯化工技術(shù)有限公司;芳綸/聚酯纖維混編織物，煙臺(tái)泰和新材股份有限公司;泰科芳綸絕緣拉桿，美國泰科電子公司。PR70RTM注射機(jī)，美國固瑞克公司;Instron萬能材料試驗(yàn)機(jī)，北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司;MTS810.25電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)，西安航空動(dòng)力股份有限公司材料檢測研究中心;差示掃描量熱儀（DSC），全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院;PNT-14AX射線工業(yè)CT系統(tǒng)，北京玻鋼院復(fù)合材料有限公司;120kV工頻耐壓測試系統(tǒng)，江都華宇高壓電氣有限公司。

2.2芳綸/聚酯纖維混編織物的選擇

由于環(huán)氧樹脂與芳綸纖維織物的界面結(jié)合性能較差，需要對(duì)芳綸纖維織物進(jìn)行雜化，本研究從纖維織物的單絲規(guī)格直徑、面密度以及編織方式進(jìn)行優(yōu)選，主要選用芳綸纖維單絲和聚酯纖維單絲二維混編織物，經(jīng)紗方向?yàn)榉季]纖維單絲，緯紗方向?yàn)榫埘ダw維單絲，織物面密度為200g/m2，纖維單絲規(guī)格為1000D，纖維編織方式為二維機(jī)織。

2.3420kV芳綸絕緣拉桿的制備

芳綸絕緣拉桿的制備：①將芳綸/聚酯纖維混編織物纏繞在涂覆有脫模劑的芯軸上，纏繞完成后與芯軸共同裝入涂覆脫模劑的模腔中，固定模具的兩端;②將環(huán)氧樹脂進(jìn)行真空脫泡處理;③將環(huán)氧樹脂混合體系在一定壓力下放入模具下端口，完成對(duì)芳綸/聚酯纖維混編織物進(jìn)行浸漬;④將環(huán)氧樹脂/纖維織物復(fù)合材料體系在一定溫度條件下凝膠;⑤將凝膠后的體系置于一定溫度的烘箱中固化;⑥將一次固化后的體系進(jìn)行二次固化，得到420kV國產(chǎn)芳綸絕緣拉桿。

2.4測試方法

管狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料性能測試按照GB/T5132.2—2009《電氣用熱固性樹脂工業(yè)硬質(zhì)圓形層壓管和棒第2部分：試驗(yàn)方法》進(jìn)行。電氣強(qiáng)度按照GB/T1408.1—2006《絕緣材料電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法第1部分工頻下試驗(yàn)》進(jìn)行測試。介質(zhì)損耗因數(shù)按照GB/T1409—2006《測量電氣絕緣材料在工頻、音頻、高頻（包括米波波長在內(nèi)）下電容率和介質(zhì)損耗因數(shù)的推薦方法》進(jìn)行測試。吸水率按照GB/T1034—2008《塑料吸水性的測定》進(jìn)行測試。密度按照GB/T1033.1—2008《塑料非泡沫塑料密度的測定第1部分浸漬法、液體比重瓶法和滴定法》進(jìn)行測試。

3絕緣拉桿結(jié)構(gòu)及故障

3.1絕緣拉桿結(jié)構(gòu)

絕緣拉桿的結(jié)構(gòu)，中間位芳綸-聚酯浸漬絕緣管，兩端為金屬嵌件，金屬嵌件與絕緣管件通過粘接劑連接在一起。為了保證絕緣拉桿在工程使用中的可靠性，需對(duì)絕緣拉桿進(jìn)行一系列的型式試驗(yàn)以充分驗(yàn)證其電氣、機(jī)械性能。產(chǎn)品額定電壓420kV，額定電流5000A，額定開斷電流63kA，額定雷電沖擊耐受電壓1425kV，額定工頻耐受電壓AC650/1min。

3.2絕緣拉桿故障過程

絕緣拉桿進(jìn)行型式試驗(yàn)后，進(jìn)行裝機(jī)電氣試驗(yàn)，以及機(jī)械壽命驗(yàn)證。裝機(jī)電氣試驗(yàn)項(xiàng)目：工頻耐壓：AC650kV/1min，分、合閘狀態(tài)下雷電沖擊試驗(yàn)：±1425kV，各15次。隔離開關(guān)處于分閘位置進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)電壓時(shí)，施加電壓值-1425kV發(fā)生電擊穿。

3.3拆解檢查

對(duì)樣機(jī)進(jìn)行拆解點(diǎn)檢發(fā)現(xiàn)，隔離開關(guān)殼體內(nèi)有絕緣拉桿表皮聚酯材料碎屑，絕緣拉桿連接高壓側(cè)到低壓屏蔽處發(fā)生貫穿性層間擊穿、炸裂，高壓側(cè)連接導(dǎo)體及低壓屏蔽上均有明顯放電點(diǎn)，絕緣拉桿擊穿位置起層嚴(yán)重。對(duì)絕緣拉桿進(jìn)行刨切，發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿電氣擊穿破壞了絕緣材料的增強(qiáng)層，形成層間貫穿性擊穿。

4防范措施

（1）要求GIS制造廠家對(duì)所有隔離開關(guān)絕緣拉桿在工廠裝配前進(jìn)行工頻耐壓試驗(yàn)、沖擊電壓試驗(yàn)和局部放電檢測，剔除絕緣性能不合格產(chǎn)品;（2）要求GIS制造廠家增加絕緣拉桿檢測手段，建議采用專用儀器（如X關(guān)探傷）進(jìn)行材料致密性和裂紋檢查;（3）建議GIS制造廠家進(jìn)行裝配工藝革新，確保隔離開關(guān)絕緣拉桿聯(lián)軸裝配質(zhì)量，避免絕緣拉桿機(jī)械損傷的出現(xiàn);（4）對(duì)在運(yùn)行的同型設(shè)備，結(jié)合停電在廠家指導(dǎo)下對(duì)隔離開關(guān)操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查（檢查轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是否符合廠家技術(shù)要求）;（5）對(duì)在運(yùn)行的同型設(shè)備隔離開關(guān)氣室進(jìn)行超聲局放帶電檢測，并同時(shí)進(jìn)行SF6氣體組份檢查，若出現(xiàn)局放異常且SO2含量超過2ppm的氣室需進(jìn)行開倉檢查。

結(jié)語

上所述，絕緣拉桿內(nèi)有異物，異物有磁性異物和非磁性異物兩種，磁性異物由磁性雜質(zhì)組成，非磁性異物主要由鋁合金屑及其它雜質(zhì)組成。經(jīng)檢測，這些雜質(zhì)并非絕緣拉桿材質(zhì)，在實(shí)際運(yùn)行和維護(hù)過程中，由于生產(chǎn)過程中存在缺陷或裝配過程中存在配合部位不對(duì)中等問題，動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致金屬尖刺或異物的產(chǎn)生。這些雜質(zhì)對(duì)于整體的電壓和電場分布產(chǎn)生影響較小，但在尖刺或異物周圍存在不均勻的電場，使隔離開關(guān)氣室中心導(dǎo)體到隔離開關(guān)殼體之間的電場較大區(qū)域連通，形成放電通道，導(dǎo)致絕緣拉桿被擊穿。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曾強(qiáng)，徐懿，崔博源，等.GIS用環(huán)氧樹脂的增韌改性研究[J].絕緣材料.2017（3）：40-44.

[2] 周文俊，喬勝亞，鄭宇，等.基于特征氣體COS和CS2的GIS內(nèi)環(huán)氧樹脂固體介質(zhì)絕緣狀態(tài)監(jiān)測[J].高電壓技術(shù).2017，43（8）：2551-2557.

[3] 順特電氣有限公司.樹脂澆注干式變壓器和電抗器[J].高壓電器.2018（1）：54.