绝缘能力（共7篇）
绝缘能力 篇1
对开关柜的绝缘性能进行分析与绝缘故障诊断, 是实现开关柜电气设备状态检修的前提, 同时也是确保开关柜电气设备高效稳定节能经济运行的重要保障工作。从大量工程实践经验可知, 35k V中压开关柜设备所发生的故障绝大多数都与设备绝缘问题有关。开关柜在运行过程中, 其内部电磁环境十分复杂, 在电应力作用下会引起开关设备发生绝缘劣化等不利问题, 导致设备单元绝缘性能下降, 尤其在机械力、热、以及电场等因素的共同作用下, 最终会使开关柜绝缘性能下降演变为绝缘性故障。据一些统计资料表明, 由于开关柜绝缘劣化下降引起的事故台次大约占整个开关设备总事故台次的68%左右, 事故总容量高达74%以上。为了降低少开关柜发生绝缘故障太次, 减少停电次数并降低设备检修维护成本和费用, 对开关柜绝缘性能劣化的原因进行归纳总结, 并结合实际工作经验, 有针对性的提出提高开关柜绝缘性能的技术措施, 提高开关柜具有较高的绝缘性能水平, 确保35k V中压开关柜安全稳定、节能经济的高效运行, 就显得非常有理论研究和工程实际应用意义。
1 中压开关柜绝缘方式与复合绝缘技术
1.1 中压开关柜绝缘方式
35k V中压开关柜的绝缘方式, 按照其布设位置大致可以分为柜内空间绝缘和内部组件绝缘两种方式[1]。
1.1.1 柜内空间绝缘方式
35k V中压开关柜柜内空间的绝缘方式最普遍的是采取空气作为柜内空间的主要绝缘介质, 即带电体对地及相间均以空气作为绝缘介质。如供配电系统常用的半封闭式开关柜、金属封闭式开关柜均是以空气作为开关柜内部空间绝缘媒介。适用于环境条件较为恶劣场所的35k V中压开关柜, 其柜体内部通常采用SF6气体作为带电体对地及相间绝缘的绝缘媒介。
1.1.2 内部组件绝缘方式
内部组件的绝缘方式主要是采用先进的绝缘材料, 如陶瓷、塑料、橡胶、玻璃等绝缘材料。随着科学技术的进一步发展, 特种塑料在35k V中压开关柜绝缘领域等到广泛的推广应用, 其可以大大提高开关柜的绝缘性能水平。
1.2 中压开关柜复合绝缘技术
1.2.1 空气绝缘技术
空气绝缘技术就是以空气为绝缘主体, 在开关柜内部可能放电路径上设置环氧树脂等固体绝缘隔板, 以缩短开关柜最小放电间隙。
1.2.2 SF6气体绝缘技术
以接近大气压的低压SF6绝缘气体来实现绝缘的绝缘技术, 和空气绝缘一样, 即在放电路径上插入固体绝缘隔板。35k V中压开关柜通过SF6绝缘气体和固体绝缘隔板的复合化, 可以使开关柜设备体积缩小到空气绝缘开关柜体积的1/3左右。
1.2.3 固体-气体-真空 (S-G-V) 复合绝缘技术
固体-气体-真空 (S-G-V) 复合绝缘技术, 是一种新型的复合绝缘技术, 需要有机结合灭弧理论、散热技术、解析技术、耐热技术、以及电力电子理论等诸多绝缘技术基础理论, 同时还需攻克绝缘材料、施工工艺等技术难关, 所以目前在工程实践中尚未进行大批量的投入使用, 还有待进一步加深研究。
2 35k V中压开关柜常见绝缘事故原因
开关柜是供配电系统中使用极为广泛、数量极多的供配电设备。在诸多不同性能类型的开关柜事故中, 绝缘事故是10k V及以上电压等级开关柜最为常见的事故, 其所造成的后果非常严重, 往往会由1台开关柜出现绝缘事故, 从而引起相邻其它开关柜也出现事故。引起35k V中压开关柜开关柜发生绝缘事故主要包括绝缘结构设计不合理、制造工艺较差、开关接点容量不足、运行维护措施不到位、以及雷击过电压等原因。
2.1 绝缘结构设计不合理
由于开关柜内部结构设计不合理, 造成开关柜出现爬距及空气间隙不够等是开关柜发生绝缘损坏事故的主要原因。尤其对于手车式开关柜而言, 在开关柜结构设计时, 为了缩短柜体尺寸, 其内部元件间布置相对较为紧凑, 制造厂家往往大幅度地缩减断路器、隔离插头等元件间的相间距离或对地距离, 同时并没有采取合理有效的加强绝缘措施, 造成开关柜在运行过程中, 其实际绝缘安全距离等不到有效保证, 从而造成开关柜绝缘性能快速劣化, 严重时造成开关柜发生爆炸、烧损等恶性事故。
2.2 制造工艺差
开关柜制造质量和装配质量对35k V中压开关柜设备的整体耐压水平有着非常大的影响。如生产工艺不合理、制造质量不达标等可能造成开关柜内部单独元件可以通过耐压试验, 但整体性能却不能达标等。实际开关柜制造过程中出现的紧固螺丝装配质量问题, 往往会引起紧固螺丝布设不规则, 拧紧后的螺杆长出部位大大超标;有的支柱绝缘子在紧固安装时, 在底板装配成“丁”字型, 这样大大缩短绝缘子间的安全绝缘距离, 同时还会引起开关柜内部电场发生局部集中, 导致开关柜发生故障。另外, 支柱绝缘子制造质量差, 生产工艺不合理, 会大大降低开关柜整体绝缘性能和运行稳定性, 尤其在短路电流的冲击下, 可能发生炸裂等问题, 进而造成严重事故发生和事故的扩大。
2.3 开关接点容量不足或接触不良
由于设计或制造质量等造成的开关柜接点容量不足, 以及设备装配造成的接点接触不良, 开关柜在运行过程中可能发生在接点处剧烈发热起火等事故。当开关柜接点容量不足或接触不良时, 其在运行过程中该处局部温升效应会十分明显, 严重时会烧损该处的载流部件, 进而引起开关柜发生对地或相间出现闪弧问题, 造成开关柜发生绝缘闪络故障, 严重是会扩大为绝缘事故。
2.4 运行维护措施不到位
良好的运行环境条件是开关柜具有较高运行安全性、稳定性、经济性的重要保证条件。开关柜运行维护措施不到位引起运行环境较差是导致开关柜发生绝缘闪络故障的主要原因。如:当污秽和潮湿两个因素同时存在开关柜绝缘子表明时, 灰尘就会附着在绝缘子表面, 很容易引起开关柜发生污闪事故。运行维护措施不到位, 使得开关柜内部的安全隐患不断演变成故障或事故, 大大降低开关柜运行安全可靠性。
2.5 雷击过电压
在供配电系统中, 由于雷击放电引起的过电压导致开关柜发生爆炸的事故时有发生。从雷击过电压原理和破坏因素来看雷击过电压大致可以分为直击雷过电压和感应雷过电压两大类, 雷击过电压可能造成开关柜发生严重的闪络事故, 进而破坏开关柜绝缘性能水平, 降低开关柜运行安全可靠性。
3 提高35k V中压开关柜绝缘性能的技术措施
对于35k V中压开关柜而言, 为了提高其运行安全稳定水平, 就需要采取有效的技术措施, 大大提高开关柜绝缘性能水平, 确保其开关柜安全稳定、节能经济的高效稳定运行。在开关柜生产制造过程中, 尤其应注意开关柜绝缘性能水平的提高技术措施的合理采取, 以减少或避免开关柜在运行中发生绝缘事故, 同时还需要加强开关柜在日常运行过程中的检修维护力度, 其具体的技术措施大致可以归纳为以下几点[2]。
(1) 在开关柜生产过程中, 严格执行GB/T311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》中的耐受电压技术标准和DL/T593-1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中的最小空气绝缘距离和爬电比距的相关技术标准, 确保开关柜制造生产具有较好的绝缘性能指标。
(2) 在35k V中压开关柜开关元件生产配方、制造、以及生产工艺中, 除了要选用35k V中压开关柜专用配件方面外, 还要广泛采用具有优良阻燃性、憎水性的元件制造原材料, 尤其应更广泛地选用新型配方、高性能的环氧树脂绝缘材料, 在不增大开关柜内部空间体积的机场上, 设计、制造、装配大爬距的绝缘元配件。
(3) 对于35k V中压开关柜生产过程中, 建议对开关柜外绝缘在凝露条件下进行耐压试验, 使开关柜绝缘具有较好的适应环境条件性能, 确保其在运行过程中具有较高安全稳定性能。
(4) 采用热缩橡胶严密包扎35k V中压开关柜内的带电元件, 可以有效提高开关柜的整体运行安全稳定水平。采用严密包扎后, 不仅可以有效防止开关柜内部带电裸露对人身伤亡带来的危险, 同时可以盐雾污闪以及有害气体对开关柜内部导电铜排或铝排的腐蚀, 有效提高开关柜绝缘性能水平。
(5) 优化开关柜元件制造和生产工艺结合元件复合化 (组合式) 设计及元件集中化装配技术措施, 设计出完善匹配的开关柜绝缘方案, 如目前KYN开关柜中的互感器套管触头盒、绝缘子等就是采取组合结构所需的绝缘配合来提高开关柜内部绝缘性能水平。
(6) 应充分注意开关柜内部开关元件的匹配选择搭配, 尤其是电压 (电流) 互感器, 要选伏安特性好的优质产品, 应选用绝缘性能好、防火性能优越的隔板。
(7) 在开关柜装配过程中, 严格执行相关安装技术规范标准, 加强开关柜生产维护质量监控管理力度, 防患于未然。35k V中压开关柜内部金属骨架及其安装在柜内的高压电器组件的金属支架, 应按照相关安装技术规范标准进行严格接地处理, 与专门的接地导体间应连接牢固。
(8) 要净化35k V中压开关柜运行环境封堵工程实际安装过程中可能存在的孔洞, 严防潮气和小动物等进入到开关柜内部, 造成开关柜绝缘性能下降。对开关柜设计的通风窗和抽风机隔间, 应加装网栅或滤网, 减少进入开关室内部尘埃量, 净化通风;对容易受潮的开关室应加装热能灯或去湿装置, 提高开关柜内部元件的绝缘性能。进出开关柜电缆孔、柜孔等应采取阻燃料或倒漏斗型密封元器件进行封填, 以防止潮气和小动物进入开关柜。应制定完善的开关柜检修维护计划制度, 并在实际工作中, 加强各项技术措施的落实力度, 做到逢停必扫, 强化运行维护体系, 确保开关柜绝缘始终保持良好状态。
4 结语
在35k V中压开关柜生产制造过程中为了减少开关柜绝缘事故发生频率, 往往需要采取有针对性的技术措施, 有效提高开关柜设备绝缘水平提高, 使其具有较好的运行性能水平, 确保其安全可靠、节能经济的高效运行。
摘要：在分析了35kV中压开关柜绝缘方式与复合绝缘技术后, 从生产、制造、装配、运行维护等方面, 对造成35kV中压开关柜发生绝缘事故的主要原因进行详细的归纳总结。最后, 结合实际工作经验, 对提高35kV中压开关柜绝缘性能的技术措施进行了详细分析研究。
关键词：35kV中压开关柜,绝缘性能,成套电气装置
参考文献
[1]熊舟.中压开关柜的绝缘方式与趋势[J].大众用电, 2002 (6) :17.
[2]王隽, 焦洪峰.中压开关柜绝缘方式和绝缘标准的探讨[J].电气技术, 2008 (7) :83～86.
高压绝缘套管电场计算与绝缘分析 篇2
随着套管电压等级的提高, 中心导体与接地法兰之间的电场分布的不均匀性变得突出。增设接地内屏蔽以改善此处的电场分布, 对于减小瓷套下端内径、提高瓷套内绝缘的可靠性具有重要意义[2,3,4]。本文在电磁场理论基础上建立了高压绝缘套管电场分析的数学模型, 利用ANSYS软件对126 k V GIS出线套管的绝缘特性进行了电场数值模拟。在对套管进行电场分布计算和绝缘分析基础上, 确定了套管的结构尺寸。经型式试验验证, 套管绝缘性完全能满足工程需要, 并具有较大的裕度。
1 高压绝缘套管的结构形式
本文研究的126 k V的GIS出线套管为SF6充气瓷套管, 主要由导电杆、瓷套、上下法兰、接地内屏蔽 (接地电极) 、接线板等元件构成, 其中导电杆与上法兰以及接线板连接在一起, 为高电位;接地内屏蔽与下法兰连接在一起, 为地电位, 套管的内腔充有某一气压下的SF6气体, 具体的结构如图1所示。
1-接线板;2-上法兰;3-瓷件 (伞裙) ;4-导电杆;5-接地内屏蔽;6-下法兰图1 126k V GIS套管结构图
2 高压绝缘套管电场分析的数学模型
根据高压套管的结构, 总结其电场分析模型有如下三个方面:
(1) 高压套管的场域可以近似认为是稳定的, 因此可以按照静电场来分析;同时, 由于套管结构的轴对称性, 那么其电场分布也具有轴对称性质[5]。综合上述两点, 则可以将套管电场的求解归结为二维轴对称静电场边值问题, 那么整个场域中的电位函数φ满足拉普拉斯方程:
第一类和第二类边界条件分别为:
场域中各点的电场强度:
(2) 高压套管的细长型结构决定了其电场计算区域为高长径比场域[5]。
(3) 在进行电场的有限元计算时, 开域问题的处理也是需要重视的方面之一。提高计算精确度和减少计算规模在很大程度上取决于求解区域的合理选取。目前, 国内外许多学者对开域问题的解法进行了大量的研究, 提出了各种解决方法, 如截断法、膨胀法、无限远法、空间变换法等[5,6,7]。本文采用的是截断法, 利用ANSYS远场单元来等效替代无限大空间。
3 高压绝缘套管的电场分析
合理的充气 (SF6) 瓷套管在设计时须满足以下三个条件[2,8]:
(1) 允许雷电冲击场强值E1的合理选择。
(2) 大气中瓷件表面允许切向场强 (在额定相电压下) 为0.4 k V·mm-1。
(3) 大气中瓷件表面的最大场强值小于空气的击穿场强值3 k V·mm-1。
其中, E1值对套管性能设计的可靠性及产品设计的经济性十分重要, 导体在雷电冲击负极性电压下的50%击穿场强E50% (k V·mm-1) 按下式计算[2]:
式中p——绝对气压 (MPa) 。
耐受电压 (场强) 一般取闪络概率为0.16%的电压 (场强) 值, 它与50%击穿电压两者之间的间隙为3σ, 耐受电压 (场强) 的计算如下:
雷电冲击与操作冲击的放电电压标准偏差相对值σ=0.05。
考虑到产品制造的分散性和运行中的种种不利因素, 允许场强E1的取值应在EB的基础上留有裕度K1:
式中K1为设计经验及制造经验数据, K1=0.85。
由式 (4) ~ (6) 可得表1。
本文计算使用的126k V GIS出线套管由导电杆、SF6气体、接地内屏蔽、瓷件、法兰以及连接附件组成。在采用ANSYS软件进行计算的过程中, 有四种介质分别为SF6、空气、陶瓷和金属 (金属内部电场应当为0, 这里把金属的相对介电常数设置为一个相当大的数值) [9], 其介电常数表2所示。
网格剖分时选用二维8节点的PLANE121单元和二维远场单元INFIN110, 单元属性为轴对称, 同时对关键部位进行网格加密。在施加载荷时, 对均压环、中心导电杆以及上法兰分别施加雷电冲击耐受电压550 k V和最大运行相电压=126k V*21/2/31/2≈102.88 k V;接地内屏蔽和接地法兰施加零电位;对远场单元施加无限远边界[8,9,10,11]。仿真计算[12,13,14,15]的结果如图2、3所示。
图2为雷电冲击耐受电压作用下套管下部的电场强度等值分布云图, 从图2中可以看出套管的下部无论是内部还是外部, 都是电场集中的区域, 也就是绝缘薄弱区域。同时可以看到套管内部的最大场强处于导电杆的表面, 为20.898k V·mm-1, 小于SF6气体最低运行气压 (0.4 MPa) 下的E1值 (24k V·mm-1) 。
图3为相电压作用下套管下部的切向场强等值分布云图。为了得出瓷件外表面上的场强E2和切向场强E3的最大值, 在瓷件空气侧的表面上电场集中的区域定义了一条路径S (图4中加粗部分) , 然后计算得出路径S上电场强度分布和切向场强分布如图5和6所示。
由图5可以看出E2的最大值为1.84 k V·mm-1, 小于空气击穿场强值。由图6可以看出E3的最大值为0.34 k V·mm-1, 小于瓷件表面允许的切向场强值。
4 试验验证
具用单屏蔽结构的ZF10-126 (BSG) 型126 k V SF6气体绝缘GIS套管委托上海电气输配电试验中心有限公司进行产品型式试验及认证。
依据GB/T 4109-2008《交流电压高于1000V的绝缘套管》, 进行全部型式试验, 其中雷电冲击耐压试验的示波图如图7所示。该产品的主要的型式试验结果见表3。
由表3可看出, ZF10-126 (BSG) 型瓷套管的各项绝缘性能指标符合要求, 且裕度较大。
5 结论
通过对126k V SF6气体绝缘GIS套管的电场计算和绝缘分析, 得出以下结论:
(1) 高压绝缘套管的下部, 特别是接地内屏蔽附近的电场分布比较集中, 是整个套管的绝缘薄弱区域, 在设计的时候应当重点关注;
(2) 与传统的“试验——修改——试验”的设计方法相比, 这种高效的设计方法对于高压电器的绝缘设计具有较大的现实意义。
(3) 研制的ZF10-126 (BSG) 型126k V SF6气体绝缘GIS套管按照国家标准要求进行了型式试验并通过了全部的试验项目, 绝缘试验合格且具有较大的裕度, 完全满足高压GIS工程需要。
摘要：高压绝缘套管是气体绝缘金属封闭开关设备 (GIS) 高电压与地电位绝缘的重要元件, 其均匀的电场分布与合理的结构, 是GIS安全运行的保证。文章针对126 kV GIS高压绝缘套管结构设计与电场分布问题, 在电磁场理论基础上, 通过建立高压绝缘套管的轴对称电场数学模型, 并对套管场域电场进行数值模拟及可视化处理, 确定了126 kV GIS高压绝缘套管绝缘设计结构, 为产品开发提供数值实验基础。经型式试验验证, 产品各项性能指标满足技术规范要求, 绝缘试验合格并具有较大的裕度, 套管具有良好的技术经济指标。
绝缘能力 篇3
1 中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术
绝缘方式对优化开关柜结构起到至关重要的作用，中压开关柜的绝缘方式按位置可分为：柜内空间的绝缘方式和内部组件的绝缘方式[2]。对于“柜内空间的绝缘方式”，最普遍的是以空气作为柜内空间的绝缘介质，即带电体对地及相间均以空气作为绝缘介质，如半封闭式开关柜、金属封闭式开关柜。有些空气绝缘开关柜以改变带电导体形状设计，并采取严格的质量管理和安装精度来缩小最小空气绝缘距离，这类改造主要是那些引进国外先进技术生产的开关柜，如某型号开关柜已生产10年以上，在北京、深圳、大连等地均有使用，但因不符合电力部标准DL/T 593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中关于最小空气绝缘距离的规定，在市场方面一直存在争议[3]。
内部充以SF6气体作为带电体对地及相间绝缘的充气柜，是一种特别适用于环境条件恶劣场所的开关柜，它采用激光焊接技术将薄不锈钢板焊接成密封箱体，在其内部布置断路器等元件，充入低气压的SF6气体。由于SF6气体的绝缘性能高，大约是空气的3倍，所以相间绝缘距离大幅减小，开关柜柜体尺寸大幅缩小。因此，相对于空气绝缘的开关柜而言，具有不受外界环境影响、体积小、可靠性高、操作人员安全性好、一次回路免维修等特点，极大地提高了安全可靠性。它的缺点是使用的SF6气体会导致环境问题，在1997年的京都会议上被列为限制排放的气体。
对于“内部组件的绝缘方式”，主要是用陶瓷和塑料两大类(此外还有橡胶、玻璃等)制造开关柜内部组件的固体绝缘件，如开关柜中的主要元件真空断路器采用了玻璃或陶瓷的灭弧室。真空断路器的绝缘件以往普遍使用4330电绝缘用玻纤增强酚醛压塑制造，其抗老化性欠佳，抗潮性不良，使用中有绝缘强度降低现象，因此现均改用玻纤增强不饱和聚酯压塑(SMC、DMC)来增大爬电比距，提高了绝缘性能。随着科学技术的发展，特种塑料越来越成为目前中压开关柜中的主要固体绝缘材料，陶瓷绝缘材料则更多地应用于高压、超高压和特高压中。
为了综合发挥各种绝缘方式的优点，还出现了一种将单一绝缘类型中的几种绝缘方式组合起来的技术，称为复合绝缘技术，主要有以下三种：一是“空气绝缘为主体的复合绝缘技术”，这种技术以空气绝缘为主体，在放电路径上设置环氧树脂等固体绝缘隔板，以缩短最小放电间隙，典型的应用有：在母排上套热缩绝缘套管，在触头上敷环氧树脂等。这种技术的原理在于固体绝缘隔板具有阻止放电的作用，在隔板表面上施加与电压同极性的电荷可以改善电场，获得空气绝缘1.5倍的耐受电压。二是“气体绝缘为主体的复合绝缘技术”，接近大气压的低压SF6气体中的复合绝缘与在空气绝缘中一样，在放电路径上插入固体绝缘隔板，可以改善电场，提高耐受电压，唯一不同的是SF6气体中的隔板效果与隔板的形状有关。中压开关柜通过SF6气体和固体绝缘件的复合化，可使设备体积缩小到空气开关柜的1/3。三是“固体-气体-真空的复合绝缘技术”，其特点是将设有表面接地层的浇注固体绝缘件作为外部封闭容器，真空灭弧室置于该容器内，该容器的其余空间充入SF6气体，通过该种方法，开关柜体积可缩小到纯空气绝缘的1/30。复合绝缘技术的应用，特别是“固体-气体-真空的复合绝缘技术”，需要灭弧理论、散热技术、解析技术、耐热技术、精加工技术、电力电子理论等许多基础理论的支撑，同时需要攻克材料、工艺等难关，所以目前尚未大批量投入使用。
2 中压开关柜的绝缘标准
开关柜的绝缘要求主要体现在耐受电压、最小空气绝缘距离和爬电比距方面，下面分别就这三个方面的有关标准进行说明。
2.1 耐受电压
在GB/T 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》中规定了中压开关柜的雷电冲击耐压和工频耐压水平，如表1所示。
注:“额定短时工频耐受电压”中，“;”前、后的数据分别代表国际、国内标准值，“/”前、后的数据则代表设备外绝缘在潮湿、干燥状态下的耐受电压值。
2.2 最小空气绝缘距离
对于空气绝缘结构的高压开关柜，在电力部标准DL/T 593—1996中，规定了各相导体相间与对地空气净距，如表2所示。
注：海拔超过1 000 m时，“导体至接地间净距”和“不同相的导体间净距”应按海拔每升高100 m增大1%进行修正;“导体至无孔遮拦间净距”和“导体至网状遮拦间净距”应分别增加上述其中一项值的修正值。
2.3 爬电比距
爬电比距是指高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比，在标准DL/T 593—1996中，规定了户内开关柜的爬电比距，如表3所示。
实际的爬电比距要求为爬电比距值乘以应用系数，应用系数如表4所示。
3 中压开关柜绝缘事故分析
结合中压开关柜的绝缘方式和绝缘标准，中压开关柜应该能够安全、稳定地在电网中投入使用，但在实际运行中，中压开关柜仍然出现各种绝缘事故，尤其是在10 k V及以上电压等级。中压开关柜绝缘方面的故障主要表现为外绝缘对地闪络击穿，内绝缘对地闪络击穿，相间绝缘闪络击穿，雷电过电压闪络击穿，瓷瓶套管和电容套管闪络、污闪、击穿、爆炸，提升杆闪络，电流互感器闪络、击穿、爆炸，瓷瓶断裂等，中压开关柜绝缘事故原因分析主要有以下四个方面：(1)爬距及空气间隙不够。爬距及空气间隙不够是开关柜发生绝缘损坏事故的根本原因，特别是手车柜，为缩短柜体尺寸，生产企业往往大幅度地减小装于柜内的断路器、隔离插头相间距离或对地距离，未采取有效的保证绝缘强度的措施。(2)开关柜内绝缘材质的选用不当。有的生产企业采用了易吸潮的酚醛树脂绝缘材料，运行后绝缘性能的降低，容易引发绝缘事故。绝缘材料应具有耐污秽性好、憎水性强和不容易老化等性能，并要经过实践验证。(3)制造质量差，工艺不良。制造质量及装配质量对开关柜整体耐压水平有很大的影响，如紧固螺丝不规则，拧紧后螺杆长出螺母过多;有的支持瓷柱紧固底板成“丁”字型，在支持瓷柱处作特殊处理，这样不仅缩短了绝缘距离，而且造成电场局部集中，另外支持瓷柱质量差，稳定性能差，在短路电流冲击下发生断裂，造成事故扩大。(4)环境条件的影响。开关柜运行的环境条件差是导致开关柜发生绝缘闪络的主要原因，当大气污染不断加剧，污秽和潮湿两个因素同时存在于绝缘件的表面时，就会逐渐污染电力设备的绝缘子、套管及母线。一般情况下，干旱气候持续的时间较长，绝缘件积污多了，这时又突然下雾，而下雾的时间较长(一般2～3 h)，污秽被雾水充分地潮湿，此时产生污闪的可能性较大。深圳市某泵站ZS1型铠装式金属封闭开关设备就是因为空气潮湿，使设备在运行过程中在绝缘表面产生凝露，以致附着污秽使绝缘降低，导致设备烧损[4]。
4 中压开关柜提高绝缘的措施
对于中压开关柜，往往希望通过增加不多的费用，将绝缘水平提高，使运行更安全。因此在开关柜生产制造中，应特别注意绝缘性能，以减少运行中绝缘事故的发生，同时加强对运行中开关柜的日常维护力度，具体措施如下：
(1)严格执行GB/T 311.1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》中的短时耐受电压，DL/T 593—1996《高压开关设备的共用订货技术导则》中的最小空气绝缘距离和爬电比距的相关标准。
(2)改进配方、工艺，在中压开关柜专用配件方面广泛采用具有优良阻燃性、憎水性的SMC等材料，更广泛地采用新型配方的环氧树脂绝缘件，在不增大空间体积的前提下，设计制造大爬距绝缘件。
(3)在有条件时，开关柜外绝缘建议进行凝露条件下的耐压试验，这是开关柜适应环境条件的一个非常得力的措施。
(4)开关柜内带电体尽量采用热缩橡胶给予包扎，对提高运行水平很有利。导电铜排或铝排加热缩绝缘套管也是很好的方法，这样既能有效地防止带电裸露造成人身伤亡危险，又可防止盐雾污闪及有害气体对导电铜排或铝排的腐蚀。
(5)结合元件复合化设计及元件集中化装配，设计出相适应的绝缘方案，如目前KYN柜中互感器套管触头盒、绝缘子的组合结构所需的绝缘配合。
(6)应充分注意元件选择，特别是电压互感器，要选择伏安特性较好的产品，即在线电压下无显著饱和的电压互感器。同时，对于隔板等，应选用绝缘性能好，不燃烧或阻燃的绝缘材料。尽量不要只使用一相或两相电压互感器接在相线与地之间(包括在双电源定相时)，以保证三相对地阻抗的对称性，避免中性点位移或产生谐振。
(7)严格执行安装技术规范，做好维护监控管理工作，防事故于未然。高压开关柜的金属骨架及其安装于柜内的高压电器组件的金属支架应有符合技术条件的接地，且与专门的接地导体连接牢固。凡能与主回路隔离的每一部件均应能接地，包括利用隔离开关切换到接地开关合上的位置来实现接地。每一高压开关柜之间的专用接地导体均应相互连接，并通过专用端子连接牢固。高压开关柜中各高压电器组件的隔板，一般是金属制成，与外壳具有相同的机械强度并接地。高压开关柜内的断路器、负荷开关、接触器及其操动机构必须牢固地安装在支架上，支架不得因操作力的影响而变形;断路器、负荷开关、接触器操作时产生的振动不得影响柜上的仪表、继电器等设备的正常工作。互感器安装的位置应便于运行中进行检查、巡视，且在主回路不带电时，便于人员进行预防性试验、检修及更换等。
(8)净化环境，封堵孔洞，严防潮气和小动物进入。对通风窗和抽风机装网栅或滤网，减少进入开关室的尘埃，净化通风;对较潮湿的高压室装热能灯加热或去湿。进出电缆孔用阻燃材料封填，对可能进潮气的柜孔也实行封堵，对可能进潮气的柜孔也实行封堵，以防止潮气和小动物钻入。加强设备运行维护，做到逢停必扫，强化运行维护，保证绝缘良好状态，确保设备安全稳定运行。
5 结语
目前国内的中压开关柜生产厂家对中压开关柜绝缘方式的应用和绝缘标准的理解都能达到要求，但由于制造工艺和成本的原因，少量中压开关柜的绝缘性能并不能满足全工况工作要求，绝缘事故时有发生。希望生产厂家在产品的设计和生产中，综合考虑以上提高绝缘能力的措施，切实提高中压开关柜的绝缘水平，确保设备安全稳定的运行。
摘要：介绍了目前国内中压开关柜的绝缘方式和复合绝缘技术,结合国家标准分析了中压开关柜发生绝缘事故的原因,列举了提高中压开关柜绝缘能力的措施。建议中压开关柜生产厂家在产品设计和生产中应切实提高绝缘水平,确保设备安全稳定运行。
关键词：中压开关柜,绝缘方式,绝缘标准
参考文献
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[3]张建安,张颐钟.谈高压开关柜的安全净距问题[J].江苏电器,2005(2):27-29.
电网线路绝缘子选型及外绝缘优化 篇4
绝缘子是输电线路的重要组成部分, 是唯一的电气绝缘件和重要的结构支撑件, 绝缘子性能及其配置的合理性直接影响线路的安全稳定运行[1]。目前广州供电局输电线路采用的绝缘子主要分两大类, 一类为应用于耐张串的盘型悬式玻璃绝缘子, 另一类为应用于悬垂串和跳线串的棒型悬式复合绝缘子。在长期的运行中, 两种类型绝缘子表现出不同的运行性能及特点。以下对线路绝缘子选型和外绝缘优化配置提出优化建议。
1 线路外绝缘现状
使得雷电频繁、污秽对电网的安全稳定运行造成显著影响。
目前广州电网新建线路绝缘设计水平一般, 耐张串110 k V时每联配置8片结构高度146 mm的普通玻璃绝缘子, 爬电距离满足d级污区上限的要求;220 k V时每联配置14~15片结构高度146 mm的普通玻璃绝缘子, 爬电距离满足d级污区下限的要求;500 k V时每联配置28~29片结构高度155 mm的普通玻璃绝缘子, 爬电距离满足d级污区上限的要求。悬垂串和跳线串则采用复合绝缘子, 且直线杆塔大部分采用单联串, 重要交叉跨越处采用双联悬垂串。
线路外绝缘问题主要集中在掉串、污闪和雷击等几个方面, 直接影响着线路正常运行。其中玻璃绝缘子除自爆问题, 整体运行情况良好;复合绝缘子则随着运行时间的增长, 使用数量的增加, 发生了多起绝缘子闪络和损坏事故, 且运行中不断暴露复合绝缘子运行温度异常问题, 使得复合绝缘子健康状况成为影响运行策略的重要因素。此外, 由于广州地区污区变化以及运行线路绝缘配置水平不一, 线路调爬工作繁重且频繁, 严重影响线路运行效率。
2 绝缘子技术经济分析
2.1 绝缘子LCC成本模型
根据IEC60300-3-3标准规定, 电气设备的全寿命周期成本是指包括设备购置、安装、运行、检修、改造直至报废的全过程发生的费用[2]。因此构建输电线路绝缘子全寿命周期LCC成本模型如下[2,3,4,5]:
式中LCC———指绝缘子的全寿命周期成本。
CI———指投资成本, 主要包括绝缘子的购置费、安装调试费和其他费用。
CO———指运行成本, 主要包括绝缘子运行维护费用。
CM———指检修维护成本, 主要包括绝缘子裂化更换施工费用及材料费组成。CM=绝缘子总数量×绝缘子年裂化率× (绝缘子单价+更换绝缘子施工单价) +绝缘子串数×绝缘子检修单价。
CF———指故障成本, 主要包括故障检修费、故障电量损失费。
CD———指退役处置成本, 包括绝缘子拆除处置人工、设备费用以及运输费, 并应减去绝缘子在退役时的回收利润。
由于公式1中各成本发生在不同的年份, 为了进行比较分析, 所有成本需要用费用现值或年费用法折算到同一个时间基准后才能比较。本文以输电线路投入运行的时间作为所有成本计算的参考时间, 相当于把运行成本、维修成本、退役处置成本等都折算成建设成本, 便于进行方案比较。
2.2 线路模型构建
在广泛收集广州电网架空线路运行资料的情况下, 结合系统规划特点, 确定广州电网典型架空线路模型如下:
1) 110 k V架空线路:根据广州电网规划, 110 k V电网逐渐采用3T接线方式, 本文110 k V架空线路选取3T接线第一段作为分析模型, 其线路截面按3台容量为63 MVA的主变计算, 其要求的最大负载电流为937 A。
线路模型主要参数:同塔双回线路, 导线采用JL/G1A-630/45, 线路长度5 km。全线直线塔12基, 耐张塔7基。基本风速29 m/s, 无冰。
2) 220 k V架空线路:根据系统目前对广州电网220 k V线路输送容量的要求 (单回线路要求为690 MVA, 500 k V变电站出线段为900 MVA) , 本文220 k V架空线路按单回输送容量690 MVA作为分析模型。
线路模型主要参数:同塔双回线路, 导线采用2×JL/G1A-630/45, 线路长度10 km。全线直线塔22基, 耐张塔12基。基本风速29 m/s, 无冰。
3) 500 k V架空线路:根据系统目前对广州电网500 k V线路输送容量的要求, 本文500 k V架空线路按单回输送容量3135 MVA作为分析模型。
线路模型主要参数:单回路线路, 导线采用4×JL/G1A-630/45, 线路长度20 km。全线直线塔35基, 耐张塔15基。基本风速31 m/s, 无冰。
2.3 边界条件
为便于输电线路不同悬垂串方案经济性比选, 对输电线路全寿命周期LCC成本模型作如下假设:
1) CI费用为整个输电线路全生命周期绝缘子的投资成本。参考运行资料数据, 玻璃绝缘子运行寿命取30年;复合绝缘子运行寿命取10年, 即每十年要复合绝缘子需全部更换1次。新建线路运行寿命为30年, 老旧线路 (剩余) 运行寿命为20年。
2) 玻璃绝缘子运行期间清扫费按2 000元/ (100 km·a) 计, 更换自爆玻璃绝缘子按1.5万元/ (100 km·a) 计[5]。
复合绝缘子在运行期间无需清扫和零值检测, 故无清扫、检测费。此外复合绝缘子的红外测温列入工人日常巡检中, 参照我局运维标准取费, 即按照300元/人/天计算, 复合绝缘子抽检数量按照20%×复合绝缘子总数/年, 每人检测复合绝缘子数为50支/天。
3) 参考国内相关资料, 玻璃绝缘子年裂化率取2×10-4[6], 复合绝缘子年裂化率取5×10-5[7]。
4) 绝缘子故障主要有污闪、雷击重合闸失败等故障。玻璃绝缘子故障率按规程推荐的各电压等级线路污闪事故率考虑, 具体详见表1所示。参考相关运行数据[7], 复合绝缘子故障率取同电压等级玻璃绝缘子故障率的2倍。
绝缘子故障停电时间按5 h计, 电力负荷损失详见表2所示。电价按0.5元/ (k W·h) 计。计划内清扫、检测不计停电损失费。
5) 绝缘子污耐压试验曾证实:双联I串绝缘子的污耐压值要比单联I串绝缘子污耐压值降低6%~10%。但当联间距在600 mm及以上时, 邻近效应基本消除。此外实际设计中双联串绝缘配合还可要求绝缘子增加相应污区10%的有效爬距。因此, 可忽略双联串和单联串CF故障成本费用差异。
6) 不考虑通货膨胀影响。
2.4 绝缘子LCC成本经济分析
根据绝缘子全寿命周期LCC成本模型和文献[1]的输电线路LCC模型, 针对玻璃绝缘子和复合绝缘子, 以直线塔采用悬垂复合单联串为基准方案, 对广州电网典型架空线路采取双联悬垂串和单联悬垂串进行经济分析。
对于新建线路, 采用不同悬垂串型线路的本体投资差异和LCC年费用详见表3~表5所示。其中LCC年费用为年最大负荷利用小时数4 000h、电力工程回收率8%、30年, 电价0.5元/度情况下计算数据。
110 k V~500 k V新建线路相同悬垂串型下玻璃绝缘子的本体总投资略优, 复合绝缘子则本体一次基建投资略优。其中在线路全生命周期中, 计及线路后期技改费用, 采用悬垂玻璃单联串方案最优, 其本体一次基建投资提高了0.24%~0.56%, 本体总投资降低了0.05%~0.29%, LCC年费用降低了0.01%~0.08%。
对于老旧线路改造, 采用不同悬垂串型时的LCC年费用计算如表4所示。
老旧线路悬垂串改造年费用均较低。对于110 k V、220 k V老旧架空线路, 相同悬垂串型复合绝缘子LCC年费用略优, 其中悬垂复合单联串LCC年费用最优, 悬垂玻璃单联串LCC年费用略次之。对于500 k V老旧架空线路, 悬垂玻璃单联串LCC年费用最优。
3 输电线路外绝缘配置建议
1) 新 (扩、改) 建输电线路耐张串应选用玻璃绝缘子;悬垂串 (包括跳线串) 宜根据污区等级选用玻璃绝缘子或复合绝缘子:110 k V、220k V、500 k V输电线路a、b、c级污区宜优先选用玻璃绝缘子, 110 k V、220 k V、500 k V输电线路d、e级污区宜优先选择复合绝缘子。
2) 为避免重复调爬, 减少污闪风险, 新 (扩、改) 建输电线路外绝缘配置宜尽可能考虑配置一步到位, 耐张串绝缘子统一按e级污区爬电比距的上限来配置, 悬垂串 (包含跳线串) 绝缘子串在考虑塔窗距离的前提下按现有绝缘子可满足最高爬电比距要求配置。
3) 为加强线路绝缘, 提高线路防雷性能, 在满足风偏和导线对塔身距离要求的前提下, 应适当增加绝缘子片数或采用干弧距离较长的复合绝缘子。
4) 为确保线路运行可靠, 不发生掉串事件, 110 k V~500 k V架空线路复合绝缘子均应采用双联配置 (跳线串除外) 。500 k V架空线路和承担重要负荷的110 k V/220 k V核心骨干网架、重要用户供电线路, 全线悬垂串可酌情考虑采用玻璃双联配置。
5) 玻璃绝缘子宜选用普通型玻璃绝缘子, 减少使用钟罩型或深棱型绝缘子;通过技术经济论证, 可选用外伞型玻璃绝缘子。
6) 运行中的输电线路进行外绝缘水平调整时, 应尽可能按 (1) ~ (5) 要求一步调整到位。同时为避免运行线路设备的不必要浪费, 在调爬技术条件允许情况下, 应尽可能避免整串更换绝缘子型式。
4 结束语
通过对广州地理气候特点和输电线路外绝缘现状的分析, 从全生命周期角度对悬垂串型进行技术分析, 同时结合南方电网杆塔典型设计, 提出输电线路外绝缘宜综合考虑防风偏、防污和防雷等技术要求, 并提出相关建议, 以提高广州电网输电线路的安全稳定运行水平。
摘要：分析广州电网线路外绝缘现状, 结合广州气候特点和线路安全稳定运行需要, 根据全生命周期成本理论, 对架空线路悬垂串型进行技术经济分析, 并按照综合考虑输电线路防风偏、防污和防雷的性能要求, 提出适于广州电网线路绝缘子选型及外绝缘优化的建议。
关键词：全生命周期成本 (LCC) ,绝缘子选型,外绝缘优化
参考文献
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[6]S.00.00.05/PM.0500.0092.广东电网公司防污闪工作管理规定 (修订) [S].
绝缘能力 篇5
随着我国电力事业的迅猛发展,电力传输显得至关重要。此前我国中低压电力的传输有相当部分依赖于架空裸导线来实现,但人口密度的增加,城市建筑群、绿化茂密区与城网架空输电线的矛盾日益突出,因无绝缘的裸导线是依靠空间距离及绝缘子架设于塔杆之上,在经过城市街道两侧、工厂内部、住宅小区等人类活动密集地区,经常会引发安全事故。虽然对中低压电力电缆进行埋地敷设可减少安全事故的发生且美化环境,但其开挖工程量大,耗资高,远不如架空敷设经济便捷。为保障用电,同时保障人身财产安全,必须尽可能地消除架空裸线带来的隐患,因此架空绝缘电缆成为了必然的选择。
架空绝缘电缆安全性能高、使用维修方便、敷设费用低、线路布局合理,但其在敷设或使用过程中时而发生绝缘滑脱现象,尤其是1kV架空绝缘电缆因没有导体屏蔽,且绝缘厚度较薄,绝缘拉断力小,相比10kV架空绝缘电缆,其绝缘与导体之间更容易发生滑脱。由于架空绝缘电缆架设于塔杆上,其敷设及使用环境决定了电缆纵向承力较大,一旦承力过大会致使绝缘发生滑脱、断裂,环境中的潮气和水分即会从绝缘断裂处进入导体,大大降低电缆的使用寿命和安全性。虽然现行国家标准GB/T12527《额定电压1kV及以下架空绝缘电缆》对绝缘的滑脱力指标并无要求,但考虑到上述问题,架空绝缘电缆的生产企业必须对其给予足够的重视和关注。
1 绝缘滑脱的原因分析
经过深入分析发现,架空绝缘电缆发生绝缘滑脱的原因主要有以下两种:a.因施工方法不当或受外力破坏使绝缘局部破损而造成滑脱。b.因电缆受到的纵向外力大于绝缘与导体间的作用力及绝缘拉断力之和,导致导体与绝缘之间发生相对位移。因此,为避免或减少绝缘滑脱现象的发生,应严格按操作规程或要求进行施工,且要避免电缆绝缘受到外力作用出现破损,同时应增加架空绝缘电缆的防绝缘滑脱能力,即提高绝缘与导体间的作用力及绝缘拉断力。
2 绝缘滑脱力的影响因素
架空绝缘电缆绝缘拉断力主要与绝缘厚度正相关,而国家标准中已对绝缘厚度做出了相应规定,且考虑到电缆成本因素,也不宜通过增大绝缘厚度,提高绝缘拉断力,改善电缆绝缘滑脱力。因此,从架空绝缘电缆本身出发,通过增大架空绝缘电缆绝缘与导体间的作用力是改善电缆绝缘滑脱力关键。绝缘与导体间的作用力的主要影响因素有导体表面粗糙度、导体最外层单丝紧压程度和绞合节径比、绝缘挤出方式等,下面将对此展开分析和研究。
2.1 导体表面粗糙度
导体表面粗糙程度直接影响导体与绝缘之间的摩擦力,通常导体表面越粗糙,导体与绝缘之间的摩擦力也就越大,绝缘的滑脱力也越大。因此,为增大绝缘与导体之间的摩擦力,可对导体表面进行粗糙处理。由于采用化学和电化学方法对导体表面进行粗糙处理需要较长时间,根据导体的实际生产情况,其很难与导体的绞制工序相结合,无法满足线缆行业产品连续生产的要求,影响生产效率且增加成本,而采用物理方法———喷砂对导体表面进行粗糙处理,可在导体绞制完成后收线前,进入增设的喷砂设备,依靠喷砂设备发射出沙粒高速冲击导体表面,在导体表面留下无数细小且均匀的凹坑,从而达到增加导体表面粗糙程度的目的[1],因此建议采用喷砂方法对导体表面进行粗糙处理。图1示出了喷砂设备,该设备能够实现在线、高速、连续喷砂,且不影响导体绞制的生产效率。
2.2 导体最外层单线紧压程度和绞合节径比
导体的紧压程度通过紧压系数来反映,紧压系数越大,则紧压程度越高。导体最外层单线紧压系数越大,则最外层单线与单线之间的缝隙越小,导体表面的光滑度提高,绝缘挤出时嵌入导体的绝缘材料量减少,导体与绝缘之间的结合强度降低;同时,导体表面越光滑,导体与绝缘之间的摩擦力越小。因此,导体最外层单线紧压程度越高,则绝缘与导体之间的滑脱力越小,反之,导体最外层单线紧压程度越低,绝缘与导体之间的滑脱力越大。由于在标准GB/T 12527中仅要求架空绝缘电缆导体为紧压结构,而未对导体紧压系数作说明,因此架空绝缘电缆的生产企业可以在保证导体紧压的前提下,结合生产工艺及成本适当减小导体外层单线的紧压系数,从而提高绝缘滑脱力。
在架空绝缘电缆导体最外层绞合节径比符合相关要求的前提下,改变导体最外层绞合节径比会对挤出的绝缘嵌入导体间隙的状态产生相应影响。导体最外层绞合节径比越小,则单线间隙与导体纵向夹角越大,挤出的绝缘嵌入单线间隙后,使绝缘与导体沿纵向方向阻止发生滑移的作用力越大,即绝缘滑脱力越大,反之,导体最外层绞合节径比越大,单线间隙与导体纵向夹角越小,纵向阻止发生滑移的作用力越小,即绝缘滑脱力越小。架空绝缘电缆的生产企业可在兼顾导体绞合节径比对导体电阻及生产成本影响的前提下,结合生产情况及需要适当减小导体绞合节径比,提高绝缘滑脱力。
为了了解导体最外层紧压系数和绞合节径比对架空绝缘电缆绝缘滑脱力的影响,分别对导体最外层采用不同紧压系数和绞合节径比的两种相同型号规格的架空绝缘电缆进行绝缘滑脱力对比测试。表1示出了测试时采用的试样电缆的具体参数。测试前,先按照GB/T 14049—2008中附录B对试样电缆进行尺寸处理,再将处理好的试样电缆在室温下放置4h。测试时,测试温度为室温(25±5)℃,先将试样电缆放在专用夹具内,再置于WDW-10电子万能拉伸试验机上,启动设备在(2±1)cm/min速度下进行拉伸,记录下每个试样电缆的绝缘与导体产生滑移时的拉力T,测试结果如表2所示。可见,对于相同型号规格的架空绝缘电缆,导体最外层单线紧压系数越大(紧压程度越高),绝缘滑脱力越小,反之,则绝缘滑脱力越大;导体最外层绞合节径比越小,绝缘滑脱力越大,反之,则绝缘滑脱力越小。
注:1)导体最外层单线间隙与导体纵向夹角约为20°;2)导体最外层单线间隙与导体纵向夹角约为15°。
2.3 绝缘挤出方式
为了提高生产效率,通常电缆生产企业会优先选择挤管式工艺挤出绝缘。虽然挤管式挤出工艺具有生产速度快、易于调整偏心、配模简便且模具的通用性大等特点,但在挤制架空绝缘电缆绝缘时,因挤出模具对绝缘料的挤出压力较小,机头处会有大量空气存留,阻碍绝缘与导体之间紧密结合,致使导体与绝缘之间的紧密程度下降,相互间的作用力变小,从而使绝缘滑脱力减小,绝缘更容易被拉脱。因此,为了提高绝缘滑脱力,必须增加挤出压力,采用挤压式(或半挤压式)挤制架空绝缘电缆绝缘。通过挤压式(或半挤压式)模具产生的挤出压力使绝缘能更好、更彻底地嵌入导体最外层单丝间隙中与导体紧密结合包覆在导体上,同时挤出压力也将绝缘与导体之间的空气排出,进一步提高绝缘与导体之间的结合强度,从而提高绝缘滑脱力。
为了了解绝缘挤出方式对架空绝缘电缆绝缘滑脱力的影响,分别对采用挤管式工艺和挤压式工艺的相同型号规格的架空绝缘电缆进行绝缘滑脱力对比测试。表3示出了测试时采用的试样电缆的具体参数。测试前的试样电缆处理和测试时的温度、过程与2.2节中的相同,测试结果如表4所示。可见,对于相同型号规格的架空绝缘电缆,采用挤管式工艺挤制电缆的绝缘滑脱力远小于挤压式工艺挤制电缆的绝缘滑脱力。
3 结束语
为确保架空绝缘电缆在敷设或使用过程中的安全性,本文着重分析了绝缘滑脱力的影响因素(导体表面的粗糙程度、导体最外层单丝紧压程度和绞合节径比、绝缘挤出方式),并在此基础上指出各影响因素的改善措施,通过相关对比试验验证了改善措施对提高绝缘滑脱力的有效性。因各个架空绝缘电缆生产企业的生产工艺及设备存在差异,可根据自身实际情况选择改善方法。
参考文献
绝缘能力 篇6
现代化建设对电力的需求越来越大,交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆以其工作温度高、绝缘特性好、耐过载能力强等特点,正逐步取代传统的PVC绝缘电力电缆。低压XLPE电缆(一般最高电压等级仅达10 kV)大多采用硅烷交联法,与辐照交联法或过氧化物交联法相比,硅烷交联法具有设备投资少、适应性强和工艺简单等优点。
但小规格(6 mm2及以下)硅烷交联聚乙烯(Si-XLPE)绝缘电力电缆,由于绝缘材料和导体的接触面积相对较小,尤其是单芯导体表面光滑圆整附着力不够时,绝缘的热收缩较大,很难达到GB/T 12706-2008标准中不大于4%的要求。有时实测的XLPE绝缘热收缩甚至达到了20%,严重影响了产品质量,客户投诉较多,对此有些客户已经明确要求在技术协议里写明绝缘热收缩不能超过3%。因此电缆生产企业必须着手解决如何控制小规格Si-XLPE绝缘电缆的绝缘热收缩的难题,生产出符合市场需要的产品。
1 绝缘热收缩原理
采用硅烷交联法生产XLPE电缆有两个过程:接枝和交联。其生产XLPE电缆的方法有一步法、两步法和浸渍法三种:a.一步法是采用直接加入交联剂的PE绝缘料,在挤出电缆绝缘时进行接枝,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联;b.两步法是采用已预先硅烷接枝的PE绝缘料,挤出电缆绝缘,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联;c.浸渍法是采用浸渍了硅烷和助剂的PE绝缘料直接挤出电缆绝缘,而后在温水或蒸汽中使绝缘层交联。目前Si-XLPE电缆生产厂家常用的有一步法和两步法。但由于硅烷交联一步法在挤制XLPE绝缘时,其结晶过程和接枝过程互相作用,因此在挤制过程中应尽可能控制热过程,使XLPE绝缘料的聚集态结构处于合理状态,这样才能使XLPE绝缘具有更优异的性能。
PE是一种结晶型聚合物,其结晶过程就是大分子或链段通过分子间的相互作用力进行重新排列,从无序变为有序的过程。在电缆绝缘挤出时,PE在加热的环境(熔融温度)下受到剪切和牵引拉伸作用,使得PE分子的晶粒沿拉伸方向(纵向)尺寸增大、横向尺寸减小,有序性提高,即PE分子发生取向。这样轻易诱导出许多晶胚,使晶核数量增加,结晶时间缩短,加速了结晶作用,结晶度增大。但当成品PE绝缘电缆放置在室温下时,因PE绝缘挤出时产生的内应力(收缩应力),使得结晶的PE分子容易解取向(回缩的趋势),这就造成了PE绝缘的热收缩现象。
2 绝缘热收缩的因素
为解决绝缘热收缩的问题,必须找出在电缆绝缘挤出过程中,导致XLPE绝缘结晶度增加、取向加强、内应力增大的因素,即熔融温度和时间、冷却速度、外力(牵引拉伸)作用这三方面。
2.1 熔融温度和时间
在高于熔体温度tm时,结晶型聚合物为含有晶核的熔体,且熔融时间越长晶核的数量越少。因此在电缆绝缘挤出过程中,XLPE绝缘料的加热熔融温度越高、在加热温度下停留的时间(保温时间)越长,晶核的数量将越少,PE的结晶性能越低,有利于降低绝缘的结晶度,可使绝缘热收缩达到标准要求。
我们对Φ70挤出机和Φ45挤出机生产的Si-XLPE绝缘的热收缩进行了测试,测试结果如表1所示。可见Φ45挤出机生产的Si-XLPE绝缘的热收缩明显,其原因可能有:a.Φ45挤出机的螺杆较短,再加上生产速度较快,PE在螺膛内的停留时间较短,有利于PE晶核的成长,使得XLPE绝缘的结晶度较高,从而造成绝缘热收缩较大。b.由于Φ45挤出机采用的是一步法硅烷交联的PE绝缘料,在挤出过程中提高加热温度和延长XLPE绝缘料在螺膛内的停留时间,都将增加XLPE绝缘料预交联的可能性,但这是不允许的,因为这将造成挤出的绝缘中含有热固性的XLPE颗粒。
此外,XLPE绝缘料的熔体温度越高,其冷却至凝固所需要的时间就越长,即PE分子的松弛时间较长,可轻易地解取向,最终XLPE绝缘的取向程度也就越低。
2.2 冷却速度
聚合物熔体从熔体温度tm以上冷却到玻璃化温度tg以下的温度降低速度称为冷却速度,冷却速度是影响聚合物结晶的关键。冷却速度除了与熔体温度、室温有关外,还与聚合物本身的结晶速率和热性能有关。PE本身的结晶速率很大,在极快的冷却条件下PE绝缘也能得到较高的结晶度。因此在冬天,这种情况尤其明显,应特别注意XLPE电缆绝缘挤出过程中冷却速度的控制。PE比热容大、热导率小,若PE熔体冷却速度较慢,获得充分冷却,则PE分子的松弛过程延长,可轻易解取向,取向程度下降,并可控制PE晶核的产生和延缓晶粒的长大。
此外,导体温度对XLPE绝缘的冷却速度也有影响。导体温度过低,在挤出机的模口处高温的PE熔体包覆在导体表面时,XLPE绝缘会因与低温导体接触而冷却收缩产生收缩应力,并减小XLPE绝缘与导体间的附着力,降低对热收缩的抵御力,最终影响XLPE绝缘电缆绝缘层的热收缩性能。
2.3 外力(牵引拉伸)作用
在电缆绝缘生产过程中,PE分子在外力(牵引拉伸)作用下沿作用力方向发生取向,这将促进PE晶核的形成,使晶核生成速度加快、晶核数量增加,结晶时间缩短,结晶度增大。在表2中对比了采用挤压式模具和挤管式模具生产的Si-XLPE绝缘电缆的绝缘热收缩。相比于挤压式模具,在挤出过程中必须进行拉伸的挤管式模具生产的Si-XLPE绝缘电缆的绝缘热收缩要大很多。但即使是挤压式模具生产的电缆的绝缘热收缩也都在8%左右,这远远超过了标准的要求。
对于上述情况,我们研究后发现,为了提高生产速度和挤出表面的光洁度,一般挤压式模具的模套内径比电缆的绝缘外径大几毫米,这样在绝缘生产过程中,为了确保绝缘外径,绝缘不可避免地会受到拉伸,在拉伸过程中,PE分子仍受到了外力影响,产生了取向,使得绝缘热收缩超标。此外,采用挤压式模具,增加了对模距离,可使XLPE绝缘层紧紧包覆导体,增加绝缘和导体之间附着力,以尽量抵消XLPE绝缘挤出时产生的内应力(收缩应力),使绝缘相对不容易产生热收缩。
3 绝缘热收缩的控制措施
由于小规格Si-XLPE电缆绝缘对熔融的温度和时间、环境和导体的温度、外力(牵引拉伸)作用较为敏感,为了确保XLPE绝缘热收缩指标合格,我们在工艺上采取如下措施:
(1)在绝缘挤出时采用缓冷和温水分段冷却,尤其是在冬天环境温度比较低的场合(夏天由于环境温度比较高,则相对来说要好些)。并同时对导体进行合适温度的预热。
(2)为了提高XLPE绝缘料熔融温度和保温时间,最好选用两步法硅烷交联的PE绝缘料,这样可以增加熔融段保温时间,避免XLPE绝缘料在机筒里预交联产生焦烧。
(3)有条件的话,可以尽量选用机筒加长和机头加长的挤出机,以延长XLPE绝缘料在机筒里的时间,更有利于抑制PE晶粒的长大和结晶的产生。
(4)由于小规格Si-XLPE绝缘电缆的绝缘和导体(特别是单根导体)的接触面积相对较小,附着力不够,因此很难阻止绝缘热收缩。在采用挤压式模具时,应注意模套内径尽量不大于绝缘外径,以确保在绝缘挤出过程中XLPE绝缘料没有受到拉伸作用,避免由此造成的取向结晶,从而导致电缆的绝缘热收缩超标。
4 总 结
综上所述,小规格Si-XLPE绝缘电缆绝缘热收缩是因为XLPE绝缘结晶度增加、取向加强、内应力增大等因素造成的。只要在电缆绝缘生产过程中较好地控制这些问题产生的源头:XLPE绝缘熔融的温度和时间、XLPE绝缘冷却速度、XLPE绝缘受外力(牵引拉伸)作用,就能改善绝缘热收缩性能。我们在实际生产中采取了控制分段冷却,对导体进行预热,选择不易预交联的原材料,选择长机筒和长机头设备,选择挤压式模具并严格控制模套内径不大于绝缘外径等措施,使小规格Si-XLPE绝缘电缆达到绝缘热收缩不大于4%的标准要求。选择挤压式模具并严格控制模套内径更利于小规格Si-XLPE绝缘电缆绝缘热收缩的控制。
参考文献
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绝缘能力 篇7
3分段关节改造施工方案
1 工程节简改介绝缘关节的腕臂底座更换和开关安装工作。主要工作量为:
制定接火施工方案
福州枢纽杭福联络线上行线牵引供电设备2010年2月27日
更换腕臂底座17处,新装腕臂14套,拆除腕臂7套,下锚补偿
施工完成投入运行当天,该线两组分段绝缘器出现不同程度的拉
要令申请停电
弧烧伤和严重及撞拉击线,严安重装危4及处动车,组新运架行设安接全触,当网天7立00即m利,用“拆天除接触网350m,接触窗”时间拆除分段绝缘器。经初步原因分析,并询问该分段绝缘
器生产厂家西网安倒铁锚路2科处学,技术绝研缘究关有节限调公司整技4术处主,管悬人挂员调,了整解约3 000m,双极隔离停电、验电、接地线到该分段绝缘开器关不安适装用2在组正线,及避1雷20k器m/安h的装接4触台网。线共路需上(要该6线个封锁点。停电作业
虽为联络线,实际是担负正线的功能)。
原设计方案为:整个福州枢纽疏解区供电分段全部采用接触
前4个封锁点完成福厦上、下行联络线的更换腕臂底座、腕作业结束检查
网分段绝缘器实现,针对分段绝缘器不能满足行车安全的实际要求和存在的安臂全安隐装患、,补及确偿保安温装福、线接正触常运网行拆和除福及厦架线设联调调联整试。工作正常进行的要求,南昌局东南公司于2010年3月2日组织有
人员撤离、撤除地线
关专家召开福州枢纽前牵三引个供点电毕方,案专樟家林会线审路会所,至专家福组厦确线定路的所解之间的福州上、下行消令、恢复送电绝缘决关方节案改为为绝“缘枢锚纽段疏关节解。区内的六处分段绝缘器取消,就近设置绝缘
锚段关节实现联电络分线段禁。行福州电枢力纽机杭车深。正线的非绝缘关节改为绝缘
由于该枢纽工程,按照专家会审意见实施,相当于将整个福州枢纽内的接触网进行
锚段关节。
完成福厦上下行联络线2个分段绝缘改绝缘关节的施工,完成沿海通道非绝缘关节改绝缘关节的腕臂底座更换和开关安装工作。主要工作量为:更换腕臂底座17处,新装腕臂14套,拆除
既有线改造施工,同时涉及设计方案,设备采购和既有线施工行车组织。
由于该枢纽工程第,4按照个专点家毕会樟审林意见线实路施所,至相当福于厦将线整路个所福州之间的福腕臂州7上套、,下下行锚补联偿络及线拉可线以安通装4行处电,力新机架设接触网700m,拆除枢纽根据内南的昌接铁触路网局和进东行南既公有司安线排改,造福施州枢工纽,疏同解时区涉改造及大设致计分方为三案个,阶设段备:采第一接触网350m,接触网倒锚2处,绝缘关节调整4处,悬挂调整约
个阶购段和,既先有将沿线海施车通工道。行正车线接组通织;。第二个阶段,改造福厦联络线上下行;第三个阶段,改造温福根联据络线南上昌下铁行。路局和东南公司安排,福州枢纽疏解区改造大致
3 000m,双极隔离开关安装2组,避雷器安装4台。共需要6个封锁点。
分为三个阶段:第一第个5阶、6段个,先封将锁沿点海完通成道正沿线海接通通道;上第、二个下阶行线非绝缘前关4节个改封绝锁点缘完关成节福后厦的上腕、下臂行底联座络更线的更换腕臂底座、腕段,本改次造方案福为厦第联二络个阶线段上,下改行造福;厦第联三络个线阶上下段行,。改造温福联络线上下行。臂安装、补偿安装、接触网拆除及架设调整。
换、隔离开关的安装调试、避雷器安装。
2福本州次枢纽方疏案解为区第福厦二联个络阶线段上下,行改改造造福施厦工范联围络平线面上示意下图行。
2 福州枢纽疏解区福厦联络线上下行改造施工范围平
前3个点毕,樟林线路所至福厦线路所之间的福州上、下行联络线禁行电力机车。
4接触网接火施工安全应急预案
面示意图
第4个点毕樟林线路所至福厦线路所之间的福州上、下行联络线可以通行电力机车。
1)峡南变电所故障应急预案实施:峡南变电所第5一、旦6个发封生锁故点障完,成沿暂海时通无道法上、排下除行线非绝缘关节改绝缘时,为保证温福线动车的正常运营,迅速断开峡连关臂节供后电的断腕路臂底器座和更隔换离、开隔离关开,关峡的连安臂装调供试、避雷器安装。
4 接触网接火施工安全应急预案
电范围改由罗源变电所越区供电,罗连臂和峡连臂合称为罗峡臂。峡南变电所故障排除
后恢复原供电范围;
1)峡南变电所故障应急预案实施:峡南变电所一旦发生故障,暂时无法排除时,为保证温福线动车的正常运营,迅速断开峡连臂供电断路器和隔离开关,峡连臂供电范围改由罗源变电所
沿2海)通福道州分段南-改峡关节南施变工电平所面间图接触网出现事故的应越急区供预电案,实罗施连:臂和如峡发连生臂接合触称为网罗故峡障臂,。峡南变电所故障排除后恢复原供电范围;
2)福州南-峡南变电所间接触网出现事故的应急预案实施:如发生接触网故障,先派人(施工期间驻扎在K879+921附近)要令停电,同时抢险一组到达K879+921处将关节绝缘关节的联通电连接摘开,申请枢纽联络线改由罗樟臂越区供电,开通温福线。抢险二组进行接触网故障的处理。故障处理完毕后,利用晚上封闭点时间停电,安装K879+921处电连接将绝缘关节联通,恢复峡连臂供电;
3)行车安全应急预案实施:如发生有碍行车的情况,应立即上报铁路运营、电务部门,使其能够及时启动相关应急预案,减少事故影响的范围,并应立即在相关部门的指导下,加强事故区段两端的防护,必要时应封闭事故区段,同时应迅速组织骨干人员进行抢修,力争将影响程度和范围降到最小;
4)高空坠落安全应急预案实施:如发生高空坠落事故,由安全员组织抢救伤员,施工作业负责人打电话“120”给急救中心以及上一级施工部门负责人,并保护好现场防止事态扩大。其他人员协助施工安全员做好现场救护以及护送伤员外部救护工作,如有轻伤或休克人员,现场安全员组织临时抢救、包扎止血或做人工呼吸或胸外心脏挤压,尽最大努力抢救伤员,将伤亡事故控制到最小程度;
5)高压触电安全应急预案实施:发生人身触电事故时,先使触电者脱离电源,再急救。立即通知有关部门停电,或用高压绝缘杆挑开触电者身上的电线;高空作业时触电,断开电源时要防止触电者摔下来造成二次伤害。如触电者伤势不重,神志清醒,但有些心慌,四肢麻木,全身无力或者触电者曾一度昏迷,但已清醒过来,应使触电者安静休息,不要走动,严密观察并送医院。如触电者伤势较重,已失去知觉,但心脏跳动和呼吸还存在,应将触电者抬至空气畅通处,解开衣服,让触电者平直仰卧,并用软衣服垫在身下,使其头部比肩稍低,以免妨碍呼吸,如天气寒冷要注意保温,并迅速送往医院。如触电者呼吸困难、痉挛,呼吸停止或心脏跳动停止或二者都已停止,应立即进行口对口人工呼吸法及胸外心脏挤压法进行抢救,并送往医院。在送往医院的途中,不应停止抢救。对于触电者,特别高空坠落的触电者,要特别注意搬运问题。对于假死的触电者,要迅速持久地进行抢救,只有经过医生诊断确定死亡,方能停止抢救。
摘要：随着我国铁路高速化的进一步发展,既有电气化铁路区段的接触网分段绝缘器改绝缘锚段关节施工将越来越多本文结合福州枢纽疏解区接触网分段绝缘器改绝缘锚段关节施工改造实施方案、实施要点及注意安全事项,对该项改造工程的实施方法作了初步的探讨。
关键词：既有接触网,分段绝缘器,锚段关节
参考文献
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