您好, 访客   登录/注册

分析±800kV直流支柱复合绝缘子制造技术

来源:用户上传      作者:宋其东

摘 要:应用支柱复合绝缘子,可以使±800 kV直流输电工程中的严重污染、高海拔等各项问题得到解决。为了确保±800 kV直流输电工程运行过程中的安全性,减少事故发生,就需要加强对支柱复合绝缘子的研究,做好制造技术探究,确保最终生产的支柱复合绝缘子可以满足应用需求,从而为人们提供稳定、高质量的电能,提高人们的生活质量。

关键词:支柱复合绝缘子;直流输电工程;大直径芯棒;硅橡胶

中图分类号:TM721.1;TM854 文献标识码:A 文章编号:1674-1064(2021)11-0-03

DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.014

±800 kV直流输电工程建设,对于我国电力制造行业中各项技术水平的提升,以及相应技术的研究与发展来说,都是一个很好的机遇。文章针对±800 kV直流输电工程中采用的支柱复合绝缘子制造技术展开探究,以促进我国电力行业的健康发展。

1 支柱复合绝缘子概述

支柱复合绝缘子主要由缠绕层、法兰、小直径芯棒、硅橡胶伞裙、密封圈等多项结构共同构成。支柱复合绝缘子以小直径芯泵为基础周,通过缠绕固化方式,最终制作成大直径芯棒,然后将高温硫化硅橡胶涂抹在芯棒外围,通过一次整体注射方式成型[1]。

支柱复合绝缘子通过应用走廊和狭窄空间以升压送电,可以适当降低输电线路中的杆塔高度,降低人力、物力、财力消耗。支柱复合绝缘在具体应用时,具有较强的抗污性及良好的抗污闪性。在相同盘距瓷绝缘子的情况下,支柱复合绝缘子的湿耐受电压和污秽耐受电压可以达到前者的2.5倍左右,而且对其应用时不需要清扫,即使在受到较严重污染的状况下也可以稳定运行[2]。

支柱复合绝缘子的作用特点如下:

第一,支柱复合绝缘子在应用时可以合理应用输电线路中的狭窄的走廊开压送电,因此,适合应用在城网技术改造中,降低输电线路中杆塔的具体高度,降低财力、物力、人力的投入。其弯曲强度高,能够有效防止由于瓷横担容易发生级联断裂等事故,提高安全性。因此,支柱复合绝缘子是瓷横担无法取代的一种产品。同时,支柱复合绝缘子还具有重量轻、体积小、抗冲击能力前、防震性能好、不需清扫等特点,为输电线路的运行安全提供了强有力的保障。

目前,许多支柱复合绝缘子采用整体棒形设计,其质量高,结构十分紧凑,其与相同等级的玻璃绝缘子和瓷绝缘子相比,重量仅为后者的10 %左右,从而降低了运输、安装等各项作业的难度。

第二,支柱复合绝缘子适合应用在污秽相对严重、高机械拉伸负荷及紧凑、大跨度型的输电线路区域。污闪电压与相同等级的玻璃和瓷绝缘子相比,能够提高30%~50%。在﹣60 ℃~200 ℃的环境下能够保持稳定,其性能不会遭受影响。

同时,在设计时采取不可击穿型设计,具体运行时不需要进行测零值作业。随着电气性能的提高,机械强度的增强,支柱复合绝缘子颞部承载环氧玻璃引棒抗强度能够达到普通钢强度的200%,能够达到高强度陶瓷的1 000%左右,提高了输电线路运行的安全性与稳定性。

第三,支柱复合绝缘子具有良好的抗污、耐污、抗污闪等能力,其湿耐数电压和污染电压能力与相同等级的绝缘子相比,能够达到后者的200%~250%,而且在应用时不要清扫,即使在重污染区域也能保持稳定、安全运行。

第四,重量轻、体积小,在电压等级相等的情况下,重量仅为瓷绝缘的15%左右,结构轻巧,方便运输和安装。

2 生产支柱复合绝缘子的几项关键技术

生产支柱复合绝缘子是一项复杂工作,具体生产过程中会应用到许多不同类型的生产技术,其中最重要的技术有以下几种:研究硅橡胶专用材料,制造大直径芯棒工艺;整体真空硅胶注射成型工艺;研究支柱复合绝缘子中法兰结构。

上述各项生产技术都是生产支柱复合绝缘子的基础技术,各项技术都会对最终生产的支柱复合绝缘子性能造成直接影响。由此可见,為了提高支柱复合绝缘子的性能,必须要加强对该项技术的探究,提高生产技术的先进性,充分发挥支柱复合绝缘子的性能[3]。

3 制造支柱复合绝缘子的技术

3.1 研究硅橡胶材料

支柱复合绝缘子是输电线路中的一项关键部件,其性能会对输电线路的安全性和稳定性造成直接影响,这也就对包裹在芯棒外表面的绝缘材料性能提出了高要求。±800 kV直流支柱复合绝缘子是特高压等级,在我国的输电线路中主要被应用在西南高海拔、紫外线照射较强的区域。同时,直流绝缘子在应用期间会出现静电吸附、电弧电流物过零点等各种情况,并对绝缘材料提出了更高的要求[4]。

从目前生产作业采用的技术看,支柱复合绝缘子生产主要利用高温硫化硅橡胶为材料进行制作,而依据具体情况看,采取相应措施进行适当改进,具体措施如下:

采用气相法白炭黑,采用粒度超过2 000目的氢氧化铝,同时采用有机硅氧烷处理全部填料表面。通过该方式,可以使硅橡胶的憎水性能和耐老化性能得到显著提高,也提高了硅橡胶的击穿电压,使其能够满足应用需求[5]。

利用高分子量甲基乙烯基硅橡胶制作成橡胶,与此同时,通过应用两种分子量不同的生胶,使最终生产的硅橡胶的撕裂强度和拉伸性能都得到进一步提高。

降低分子物质加入到配方中,提高硅橡胶的憎水性。通过上述措施改进之后,可以提高硅橡胶的性能,使其能够满足应用需求[6]。

3.2 制造大直径环氧玻璃纤维芯棒技术

3.2.1 树脂配置与加固工艺

生产支柱芯棒要选择性能良好的促进增韧剂和促进剂,适当调整树脂配方,从而使固化反应放热能够平衡进行,以免出现集中放热问题,导致内部热量过于集中,温度升高。进一步缓解制品固化时出现的开裂问题,提高最终生产产品的质量。

3.2.2 车加工拉挤棒

绕拉挤棒前,要采取车加工方式进行处理,采取该方式可以将拉挤棒表面的富含脱模剂表层去除,为后续缠绕作业的开展提供支持,确保树脂浸润良好。拉挤棒表面经过处理后,如果出现了阻尼螺旋槽,进行缠绕处理时,就要先利用环向纤维填满沟槽。经过固化處理后,能够提高拉挤棒的质量。

3.2.3 设计缠绕工装

拉挤芯棒只是一条直棒,未设计封头,此时无法确保缠绕角,而且会导致纤维缠绕无法正常运行。针对这一现象,要设计缠绕辅助工装。同时,在拉挤棒两端要设置固定销钉环,通过装配在环上的销钉子,完成对纱线实际走向的合理控制,确保最终设计的缠绕角度能够达到设计标准。

3.2.4 设计铺层结构

环氧树脂固化过程中,会释放大量热量,如果缠绕层过厚,固化时容易导致缠绕层发生开裂问题;若缠绕层过薄,将会降低生产效率。笔者依据树脂配方和固化工艺,全面结合多次实验结果和大量生产实践经验,最终决定采取三次缠绕方式处理,而且要明确每次缠绕的角度、厚度。

3.3 真空注射模具设计与注射工艺

3.3.1 设计起模工装

绝缘子图样和相应标准中,对硅橡胶外套对棒体的环向厚度和纵向位置都有明确规定,在模具设计中要全面考虑密封结构、棒体保护、起模方式等各项内容。在具体分析期间,要遵守加工方便、设计简单、方便生产等各项操作原则,最终设计出集棒体保护、起模、密封等功能为一体的起模工装,进而使遇到的每一项问题都能够得到解决,确保生产工作顺利进行,保证最终生产的产品性能良好,能够达到应用要求。

3.3.2 科学处理界面

为了确保绝缘子外部硅胶伞套可以有效连接棒体,必须采取性能良好的偶联剂,而且要在具体分析的基础上设计各项工艺参数,确保参数的合理性。对于空心绝缘子注射工艺与支柱绝缘子来说,温度是两者差异的唯一参数[7]。

考虑到生产的支柱绝缘子中的棒芯为大直径实心棒体,观察生产作业时棒体的整体温度变化情况可以发现,从棒体表面到芯部的温度变化呈梯度方式改变。而温度梯度改变在一定程度上提高了注射工艺应用时的难度,这一现象造成的直接后果就是界面性能、质量都无法达到预期。

为了使上述问题得到解决,相关工作人员在分析时要从理论入手,全面结合实验验证,设计合理步骤,采取与实际情况相符的预处理方案,从而确保工艺条件和温度参数保持理想状态,提高界面处理技术水平,确保其能够达到生产要求[8]。

3.4 法兰生产技术

±800 kV支柱绝缘子端部法兰胶装采用空心复合绝缘子胶装技术,科学设定尺寸,具体作业开展时要确保产品两端面平行度公差大于棒体两端面平度公差,确保最终设计能够达到要求。此外,合理设计胶装夹具,在加工中心采取高精度方式完成相应的加工作业,提高夹具精度,确保绝缘子两端部法兰在安装时的位置、精度都能够达到要求。为了确保产品具有良好的机械性能,必须确保胶装强度能够达到要求标准,具体作业时可以采取下列措施处理:

采用机械方式搅拌胶装黏合剂,然后通过真空方式处理,进而去除黏合剂中气泡,提高黏合剂性能,使其能够满足应用需求。

科学控制注胶速度和温度,确保采用的黏合剂的流动性和黏度都能够达到应用要求,保证采用的黏合剂在预期内充满胶装之间存在的间隙[9]。

支柱绝缘子端部密封利用内嵌式密封结构,硅橡胶与法兰端部要预留间隙,间隙大小为4.4 mm×5.4 mm×13 mm,完成法兰胶装后,将少量室温硫化硅橡胶涂抹在法兰与硅橡胶之间。涂抹必须要均匀,对于端部密封结构的两个密封圈要保持光滑平整,而且要让接头错开,要让端部密封结构最上部的密封圈具有一定的坡度,避免外部水汽通过法兰界面渗入内部,以免发生电蚀问题。

3.5 胶装用黏合剂

分析支柱复合绝缘子可以发现,法兰胶装是整个支柱复合绝缘子中抗拉、抗扭相对较为薄弱的环节,因此,采用法兰胶装,其强度会对支柱复合绝缘子的抗拉、抗扭性能造成产生直接影响。设计支柱复合绝缘子,抗破坏强度需要超过100 kN,因此,通过推算可以确定支柱复合绝缘子法兰黏结强度需要超过12 MPa。

3.5.1 选配黏合剂

通过查阅相关资料可以发现,被应用在空心复合绝缘子铝法兰胶装的黏合剂与球墨铸铁和不锈钢的黏结强度分别为7.60 MPa和6.41 MPa,这一黏合剂无法满足支柱复合绝缘子法兰胶装的具体要求,黏合剂配方选择需要以及黏结强度、工作温度、黏合剂的Tg等各项参数而定。

针对我国中建设的±800 kV支柱绝缘子来说,工作温度的最高值为100 ℃,黏合剂Tg则要超过115 ℃。在选配黏合剂时,理想的Tg是筛选配方的第一条件。在选配胶合剂时,要通过试验方式完成对最终采用的支柱复合绝缘子法兰胶的配制,确保其性能良好能够满足应用需求。

3.5.2 冷热循环试验

完成法兰胶配制之后,为了对配制的黏合在高低温情况下性能的考察,严格依据IEC标准循环试验配制出的配方高低温,经过试验分析之后,在室温环境下,球墨铸铁的粘结强度为17.52 MPa,而在室温环境下不锈钢黏结强度为16.06 MPa,这一实验结果表明,通过配制制作而成的黏合剂的冷热循环性能良好,对其进行应用,能够满足IEC标注要求。

3.5.3 固化黏合剂

对于配置黏合剂,最理想的固化条件为120 ℃、180 min,在该环境下固化,能够使黏合剂固化效果达到最佳状态。

4 结语

±800 kV直流支柱复合绝缘子制造是一项复杂工作,该项生产工作会应用到许多不同类型的施工技术,采用各项施工技术都会对最终生产的支柱复合绝缘子性能和应用造成直接影响。因此,相关工作人员需要加强对相关制造技术的探究,做好分析,确保制造技术的先进性和合理性。

参考文献

[1] 李应宏,王贵山,何学敏.复合支柱绝缘子击穿故障及防范措施分析[J].广西电力,2021,44(2):100-104.

[2] 高嵩,高超,刘洋,等.新型平波电抗器复合支柱绝缘子力学性能分析[J].绝缘材料,2020,53(6):77-83.

[3] 郝艳捧,毛桂云,廖一帆,等.直流复合支柱绝缘子淋雨特性研究[J].广东电力,2019,32(12):51-57.

[4] 钟黎明,白耀鹏,王鹏宇.直流特高压支柱绝缘子失效原因及检测方法研究[J].山西电力,2019(3):63-68.

[5] 秦亮,卓然,谢强,等.考虑金具滑移的±800kV特高压管母耦联直流复合支柱绝缘子的抗震性能[J].南方电网技术,2016,10(11):16-23.

[6] 谷裕,阳林,张福增,等.高海拔地区特高压换流站大尺寸复合支柱绝缘子直流污闪特性[J].电工技术学报,2016,31(10):93-101.

[7] 何海欢,朱志海,罗宇航.±800kV云广直流输电工程直流分压器支柱绝缘子雨闪事故分析[J].电工技术,2016(5):83-85.

[8] 马斌,罗兵,李全文,等.±800kV直流支柱复合绝缘子制造技术[J].南方电网技术,2009,3(4):49-52.

[9] 吴光亚,罗兵,王蕙.±800kV特高压直流绝缘子可靠性分析[J].高电压技术,2008,4(9):1802-1806.


转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15420943.htm

相关文章

服务推荐