環氧澆注絕緣子檢測方法研究

王光明, 周清政, 張 輝

1.西安西電高壓開關有限責任公司 西安 710018 2.平頂山市絕緣制品股份有限公司 河南平頂山 467002

1 研究背景

氣體絕緣金屬封閉開關設備廣泛應用于電力系統,在運行時,內部充有高壓六氟化硫氣體。六氟化硫氣體是一種良好的高壓設備絕緣介質,具有較高的介質強度、良好的絕緣和滅弧性能。環氧澆注絕緣子是氣體絕緣金屬封閉開關設備中應用最多、最廣泛的一種絕緣部件,可以對高電壓大電流導體與罐體進行支撐、隔離、固定,同時使氣體絕緣金屬封閉開關設備中高壓六氟化硫氣體與外部環境隔絕,避免六氟化硫氣體泄漏至大氣中,對環境造成危害。

目前,環氧澆注工藝廣泛應用于高壓電氣絕緣子的生產領域,環氧澆注件以良好的電性能、較高的機械強度成為氣體絕緣金屬封閉開關設備中的關鍵零部件。對環氧澆注絕緣子而言,除要進行電性能檢測外,還要進行水壓和氣密性檢測[1-12],筆者對環氧澆注絕緣子的水壓和氣密性檢測進行研究。

2 絕緣子結構

高壓電氣領域中所使用的絕緣子,一般包括單相、三相盤式絕緣子和單相、三相盆式絕緣子。單相、三相盤式絕緣子分別如圖1、圖2所示,單相、三相盆式絕緣子分別如圖3、圖4所示。

圖1 單相盤式絕緣子

圖2 三相盤式絕緣子

圖3 單相盆式絕緣子

圖4 三相盆式絕緣子

3 水壓和氣密性檢測要求

根據國標GB/T 7674—2008《額定電壓72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關設備》對絕緣子壓力試驗的規定,破壞試驗時隔板所受壓力應以不大于400 Pa/min的速率增大,直到出現破裂。國標同時規定,型式試驗壓力應大于3倍設計壓力,例行試驗壓力應為2倍設計壓力,時長均為1 min。

GB/T 7674—2008對泄漏試驗的規定為,封閉壓力系統在設備運行壽命期間,每年從氣體絕緣金屬封閉開關設備任意單個隔室到大氣和隔室間的漏氣率不應大于0.5%。

以上兩方面規定即為環氧澆注絕緣子水壓和氣密性檢測要求。

4 水壓檢測方法

絕緣子在氣體絕緣金屬封閉開關設備中的一個重要作用是在氣室與氣室之間進行隔離,由于絕緣子兩側壓力不同,因此絕緣子必須承受國標規定的壓力而不破裂。環氧澆注絕緣子所使用的環氧樹脂為脆性材料,在進行氣體壓力檢測時,氣體壓縮性強,絕緣子若發生破裂,破碎的環氧樹脂會飛濺,進而對檢測人員造成傷害。基于以上原因,針對環氧澆注絕緣子,生產廠家一般進行水壓檢測。

4.1 手動水壓檢測

環氧澆注絕緣子手動水壓檢測設備如圖5所示。進行手動水壓檢測時,升壓速率可以控制在400 Pa/min以下,使壓力增大到國標規定的例行試驗壓力值或型式試驗壓力值,保持壓力1 min后泄壓。進行破壞試驗時,以400 Pa/min的速率增大壓力,直至絕緣子破裂。手動水壓檢測的缺點主要是效率低、勞動強度大。

圖5 手動水壓檢測設備

4.2 電動水壓檢測

將手動升壓裝置更換為電動升壓裝置,可以提升升壓速率,進而提高水壓檢測效率,減小檢測人員的勞動強度。

環氧澆注絕緣子電動水壓檢測的缺點為升壓速率過快,并且不可調節,幾乎在1 min內可使水壓自0增大至2.4 MPa,升壓速率遠遠高于國標的壓力試驗規定值。由此,電動水壓檢測的結果是否能獲得承認,值得商榷。環氧澆注絕緣子電動水壓檢測設備如圖6所示。

圖6 電動水壓檢測設備

5 氣密性檢測方法

常用的環氧澆注絕緣子氣密性檢測方法主要有泡沫氣密性檢測、包扎氣密性檢測、氦質譜氣密性檢測、六氟化硫氣體氣密性檢測等,適用于不同的工況要求,以滿足不同的氣密性檢測要求。

進行泡沫氣密性檢測時,在絕緣子可能的泄漏點處涂抹肥皂水,對絕緣子進行充氣加壓,觀察是否有氣泡出現。泡沫氣密性檢測較為直觀,但前提是需要判斷漏氣點的大致位置,因此工作量大,適用性較差。

進行包扎氣密性檢測,用塑料薄膜將絕緣子可能的泄漏點包扎起來,經過一段時間后,再用檢漏儀檢測包扎體內部的漏氣情況。包扎氣密性檢測的工作量大,部分可能的泄漏點包扎困難,而且這一檢測方法屬于局部檢測,包扎完成后還需等待較長時間,效率低,不滿足快速檢測的要求。

氦質譜氣密性檢測效率高、靈敏度高、性能穩定、適用范圍廣,檢測設備如圖7所示。將環氧澆注絕緣子放置于檢測設備中,抽真空,注入氦氣,檢測結束后再回收氦氣。氦質譜氣密性檢測的缺點是對于不同規格的絕緣子,必須配置相應的工裝,前期投入資金大,設備利用率低,一般只適用于小型絕緣子。

圖7 氦質譜氣密性檢測設備

六氟化硫氣體氣密性檢測分為主動式和被動式兩類。主動式檢測主要包括鹵化物檢測、激光成像檢測、吸光度體積分數檢測、差分吸收激光雷達檢測等,被動式檢測主要包括包扎檢測、真空監視檢測、紅外成像檢測、傳感器測量檢測等。六氟化硫氣體氣密性檢測的優點為技術成熟、可靠,在行業中已廣泛應用。

六氟化硫氣體氣密性檢測設備如圖8所示,將環氧澆注絕緣子放置于檢測設備中,抽真空,注入六氟化硫氣體,檢測結束后再回收六氟化硫氣體。這一檢測方法的缺點是需要配置工裝,并且充入六氟化硫氣體后需要靜置一段時間,一般為10～20 h,然后再檢測六氟化硫氣體的漏氣率,效率較低。

圖8 六氟化硫氣體氣密性檢測設備

6 水壓、氣密性綜合檢測方法

對于環氧澆注絕緣子而言,在出廠試驗中,既有水壓檢測,又有氣密性檢測,如果能夠將這兩項檢測合并進行,那么將會提高絕緣子的檢測效率。通過對環氧澆注絕緣子水壓和氣密性檢測要求進行分析,筆者提出一種水壓、氣密性綜合檢測方法。

將絕緣子安裝于特制的水壓工裝上,工裝充滿潔凈水源,如圖9所示。將壓縮氮氣壓力源作為水壓工裝的升壓動力源,按國標規定的升壓速率使氣壓增大至例行試驗壓力值,如圖10所示。保壓1 min,之后將氣體壓力調節為1.5倍設計壓力,觀察絕緣子中心導體接合面處有無氣泡產生,由此即可判斷絕緣子中心導體與環氧樹脂的氣密性。檢測中絕緣子如有開裂、氣泡、異聲等問題,即可判定絕緣子不合格。在檢測中產生氣泡的環氧澆注絕緣子如圖11所示,發生開裂的環氧澆注絕緣子如圖12所示。針對這一發生開裂的絕緣子,確認由裝脫模操作不規范,進而導致應力缺陷引起。

圖9 水壓工裝

圖10 升壓控制

進行檢測時,對于同一水壓值要求的環氧澆注絕緣子,可以通過氣管分接接頭,進行一次連接兩件、三件的檢測,提高檢測效率。檢測中所使用的高壓氮氣,均為由空氣分離而得的常規工業氣體,不存在大氣污染等問題。通過水壓、氣密性綜合檢測的完好環氧澆注絕緣子如圖13所示。

圖11 產生氣泡的絕緣子

圖12 開裂的絕緣子

圖13 完好絕緣子

7 結束語

在分析環氧澆注絕緣子水壓和氣密性檢測要求的基礎上,提出了一種水壓、氣密性綜合檢測方法。采用這一檢測方法,基于水壓工裝,以高壓氮氣作為升壓動力源將絕緣子的水壓和氣密性檢測合并為一次檢測,提高了檢測效率,節約了能源,并降低了環境危害的可能性。

對環氧澆注絕緣子進行水壓和氣密性檢測,對有缺陷的絕緣子進行篩選,可以提高絕緣子的質量,確保氣體絕緣金屬封閉開關設備的可靠運行。針對水壓、氣密性綜合檢測方法,后續考慮采用自動控制系統進行升壓控制,并自動檢查是否存在漏氣,檢測記錄自動存儲,以降低人為因素對檢測造成的影響。