硅橡膠復合絕緣戶外互感器的結構設計

歐希堂，郭桂榮

（大連北方互感器集團有限公司，大連 116203）

硅橡膠復合絕緣戶外互感器的結構設計

歐希堂，郭桂榮

（大連北方互感器集團有限公司，大連 116203）

為保證戶外電流、電壓互感器在各種戶外惡劣環境下能有效安全運行，通過硅橡膠與環氧樹脂復合材料對戶外電流、電壓互感器結構進行優化設計，生產研制出機械強度高、絕緣性能穩定的復合絕緣戶外電流、電壓互感器。

硅橡膠；復合絕緣；互感器；結構設計

0 引言

目前我國電網使用的35 kV及以下電流、電壓互感器主要為戶外環氧樹脂絕緣及油浸式結構，其運行環境條件涵蓋了各種戶外惡劣環境，重工業區、沿海多霧區、粉塵較多的鐵廠、鋁廠、水泥廠等，各種環境對戶外互感器絕緣性能均提出了嚴峻的考驗，伴隨著智能化電站及無人值班變電所的建立對戶外電流、電壓互感器提出了諸多新要求：高動熱穩定電流互感器要求互感器絕緣有更高機械強度；要求產品有較大的泄漏爬電距離，在多粉塵、多鹽霧地區產品結構和選材上能一定程度耐受濕污和覆冰而不發生閃絡；產品使用壽命長 （20～30年），經受住嚴寒酷暑的考驗；產品具有自潔性，不需單獨投入成本進行定期維護或維修。

1 問題分析

1.1 油浸式互感器

一、二次為瓷柱絕緣子，因為原材料采購容易及具有良好的耐蝕性，至今各種領域中用途仍然十分廣泛。

由于瓷表面的親水性，積污潮濕后極易發生污閃現象；瓷絕緣子的脆硬性以及膨脹率易于金屬殼體失配的特性，使安裝應力，熱脹冷縮應力成為其以后爆裂、松動漏油的主要因素；油浸式互感器由于瓷瓶于金屬聯接，造成運輸、安裝困難，產品制造工藝消耗大；根據經驗，1～3年需進行小修，若發現較大問題時需要進行大修，大修程序工藝要求復雜，環境要求嚴格且成本較高等特點。

1.2 傳統戶外環氧樹脂澆注式互感器

產品主要絕緣部分及絕緣子部位均為環氧樹脂澆注為一體式。

1）電氣、機械性能和加工工藝性能十分優良。

2）戶外環氧樹脂原材料保質期較短，一般在4個月以內，原材料采購及保存工作比較繁瑣，過期材料使用后產品容易出現開裂，及絕緣擊穿現象。

3）長期穩定性能欠佳，表現為產品長期處于戶外環境（2～3年后），由于紫外線的副射，產品表面會出現粗糙粉化現象，估計使用壽命在10～15年（吉林電業局掛網運行的組合互感器出現表面粗糙現象）。

4）表面粗糙后，表面憎水性下降，在小雨、多霧、露等高濕度環境下能形成連續的水膜，目前解決的辦法是增加產品的沿面泄漏距離，方法一是增加絕緣傘裙片數，方法二是采用大小間隔的傘裙結構來延長沿面泄漏距離。

5）對于重粉塵污穢地區如鐵廠、水泥廠等環境要定期清除表面的灰塵。

1.3 硅橡膠復合絕緣互感器

硅橡膠復合絕緣互感器并不是產品所有絕緣材料均為硅橡膠原料，主要是采用硅橡膠作為產品的外套，因為硅橡膠比較柔軟，抗撕裂性能差，自身不能作為結構材料，產品主體結構件由環氧樹脂澆注成形。近年來硅橡膠復合絕緣的生產技術得到快速發展，且已廣泛應用于避雷器、互感器、戶外真空斷路器、戶外絕緣子等，這類產品的綜合技術水平已基本達到了世界先進水平。

1.4 硅橡膠復合絕緣的基本性能

憎水性遷移，表面有污穢后，也能使絕緣表面具有憎水性，從而使之污耐受電壓能力明顯高于其它材料。表面的污層因具有憎水性而很難受潮，水蒸汽在其表面凝結成細小水珠，很難形成連續水膜，泄漏電流小，不容易發生較強的局部電弧，也難發展成污閃放電，一般達到飽和受潮時約需100 min，而電瓷絕緣子污層飽和受潮形成連續的導電膜的時間一般只有15 min。試驗結果表明，硅橡膠復合絕緣的污閃電壓梯度至少是電瓷絕緣子的2.4倍，即在同樣污穢條件下，這種絕緣子的污閃電壓可達到相同表面爬電距離電瓷絕緣子的2倍以上［1］。

硅橡膠也存在老化問題，從已進行的試驗看，該材料的使用壽命估計可達到20～30年（指在一定的配方，一定的合成工藝條件下，否則將明顯低于這一預計壽命），硅橡膠老化失效有兩種方式，憎水性喪失和材料性劣化，硅橡膠優良耐污性能的壽命，也就是憎水性遷移效應維持時間。室內試驗及目前運行情況表明在一般電氣設備的運行壽命期內，硅橡膠復合絕緣體的憎水性沒有喪失的跡象，即這種絕緣子的優良耐污性能不會出現明顯的長期衰退劣化現象，另外硅橡膠絕緣子表面憎水性還有暫時消失與恢復的功能。

優良配方的硅橡膠材料在斜面法試驗中，它的耐電起痕和電蝕損能力達到6 kV的最高等級 （一般達到4.5 KV級材料就認為可以用于戶外高壓絕緣），為模擬嚴重污染條件下，硅橡膠傘套在泄漏電流、局部電弧長期放電燒蝕的情況，用1 000 h鹽霧法對硅橡膠絕緣子試品進行試驗。試驗結果表明，良好的硅橡膠傘套表面僅有均勻的微麻細點，而且無導電的碳化漏電痕跡通道，蝕損很輕。由此可知硅橡膠復合絕緣材料，是一種性能優良的戶外互感器外絕緣材料。

硅橡膠復合絕緣結構互感器一般由結構器身、內絕緣材料、外硅橡膠絕緣材料、產品安裝底座等組成。

2 生產工藝

硅橡膠復合絕緣互感器生產工藝復雜嚴格，在傳統環氧樹脂澆注式內絕緣基礎上增加硅橡膠套的特殊制作工藝，而為實現這一過程首要條件必需滿足如下要求:內絕緣澆注體絕緣及電氣性能完全滿足本電壓等級下產品所有例行及型式試驗項目;采用真空澆注等技術手段保證外絕緣硅橡膠套必須與內絕緣澆注體的緊密可靠接觸，無氣隙及隔層存在;保證實現這一工藝要求實現的良好工藝操作可行性;保證產品具有本電壓等級下戶外產品一切電氣性能及相關例行及型式試驗項目;盡可能低的價格成本。

2.1 主要工藝流程

合格的內絕緣澆注體→表面磨砂→噴涂交聯材料→外絕緣硅橡膠套。

2.2 硅橡膠外絕緣工藝

因為產品硅橡膠外絕緣的實現是個重要工藝工序，硅橡膠的內絕緣體結構設計可根據產品需要進行優化結構設計，盡可能在保證產品參數滿足的情況下，力求產品結構簡單，線條流暢美觀，硅橡膠外套工藝方便可靠，總結為分體套裝式、整體澆注式兩種工藝方法，如圖1、圖2所示。

圖1 分體套裝式

圖2 整體澆注式

2.2.1 分體套裝式

對于幾何形狀規則的型號產品（多為圓柱式），根據產品特點硅橡膠壓制模具可制成上傘蓋、傘套（若干個）、底盤套等三個部分，其中的傘套為外套的主體部位，為了保證套裝的嚴密性，在各聯接部位設計成上下止口聯接的優化結構型式，依次嵌套密封。

內澆注體經過精細的磨砂處理，通過相關試驗合格后，在澆注體表面涂抹均勻的進口T hIXON304-EF交聯劑，然后進行硅橡膠套的套裝工序，有效保證硅橡膠外套與內絕緣環氧澆注的粘結過渡，機械、耐溫等性能滿足相關要求。

因為硅橡膠的特性軟，硅橡膠外套尺寸必須可以做成比內澆注體相關尺寸較小的型式縮小配合間隙，以方便操作。

對于若干個傘套及其它等主要部分硅橡膠組件依次相互聯接的外露四周邊緣部位，采用近幾年研制出的單組份室溫硫化硅橡膠，沿四周涂0.2-0.5 mm厚一層，室溫下5～10 h自行固化（硅橡膠工藝略）。

2.2.2 整體澆注式

對于幾何形狀復雜互感器產品適用該結構設計，對于澆注體內澆注模具及硅橡膠外澆注模具要求十分嚴格，必切實保證外套的的各部位尺寸均勻一致，而其所使用的硅橡膠材料為我國近年所研制一種雙組份液體室溫硫化RTV硅橡膠，常溫下即可硫化，硫化時間可以根據生產調整，無需二次烘箱深度硫化。

內澆注體經過精細的磨砂處理，通過相關試驗合格后，在澆注體表面涂抹均勻的配套研制的P h-50 A（B）交聯劑底涂液，自然風干2 h后，裝入已處理好的硅橡膠外澆注模具中進行真空澆注。

主要工藝如表1所示。

表1 整體澆注式主要工藝

3 結論

硅橡膠生產各工藝工序技術要求非常嚴格，尤其是硅橡膠材料的選取配比將直接影響到產品電氣相關性能指標，生產單位對該項生產技術要嚴格執行工藝操作要求。

［1］張仁豫.絕緣子污穢放電［M］.北京:水利電力出版社，1992.

［2］顧樂觀，孫才新.電力系統的污穢絕緣［M］.重慶:重慶大學出版社，1990.

［3］肖耀榮，高祖綿.互感器原理與設計基礎［M］.沈陽：遼寧科學技術出版社，2002.

歐希堂，工程師，長期從事互感器檢測、試驗，互感器結構設計及研究工作。

Structure Design for Outdoor Instrument Transformer with Silicon Rubber Composite Insulation

To ensure the outdoor current transformers and voltage transformers work effectively and safely under all kinds of bad environments，the structure design of outdoor instrument transformers has been optimized by using composite materials of silicon rubber and epoxy resin.That makes the outdoor composite insulation instrument transformers have high mec hanical strengt h and stable insulating property.

silicon rubber；composite insulation；instrument transformer；structure design

book=30,ebook=15

TM45

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1007－9904（2010）04－30－03

2010－03－23