420kVGIS隔離開關(guān)絕緣拉桿放電問題分析

丁柏慶 高澤禹

摘要：隨著國家的快速發(fā)展，各領(lǐng)域的不斷進步，電力企業(yè)的不斷改革和提高，高壓隔離開關(guān)是GIS設備中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，能夠保證高壓電器及裝置在檢修工作時的安全，起隔離高電壓的作用，同時還可用于不產(chǎn)生強大電弧的某些切換操作。絕緣拉桿作為隔離開關(guān)本體和操作機構(gòu)之間機械連接的傳動零件，由于在工作中長期承受瞬時載荷，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、低壓之間實現(xiàn)電氣隔離，在機械上驅(qū)動開關(guān)可動部分運動，實現(xiàn)電氣連接的開斷，起著絕緣、操動的雙重作用。絕緣拉桿在工作過程中既要承擔絕緣耐受———高的過電壓，還要承擔高的機械載荷，而考慮設備結(jié)構(gòu)因素，絕緣拉桿一般結(jié)構(gòu)為細長型，在運行中要承受拉伸載荷或扭轉(zhuǎn)載荷以及瞬時操作過電壓、雷擊過電壓等。而在電網(wǎng)中對電氣設備的可靠性要求比較高，GIS設備更換零部件比較復雜且困難，要求設備有較長的壽命。因此在設備設計階段就要充分考慮絕緣拉桿高的電氣絕緣性能、機械性能，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，需進行一系列的型式試驗對其進行驗證。本文對芳綸纖維管狀絕緣拉桿在試驗中出現(xiàn)的擊穿現(xiàn)象進行分析和探討。

1故障特點

該次故障具有如下特點：a.屏蔽罩相對于絕緣拉桿傳動銜接凸耳部兩側(cè)燒穿成洞，且金屬凸耳被熔化，已看不見痕跡，表明該部位燒傷嚴重，應為故障激發(fā)點，但凸耳對地并非最小距離，該部位最小對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，該部位應為故障激發(fā)點。

2試驗

2.1主要原材料及儀器設備

環(huán)氧樹脂，美國亨斯曼公司;固化劑、促進劑，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，美國固瑞克公司;Instron萬能材料試驗機，北京玻鋼院復合材料有限公司;MTS810.25電液伺服疲勞試驗機，西安航空動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，需要對芳綸纖維織物進行雜化，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)紗方向為芳綸纖維單絲，緯紗方向為聚酯纖維單絲，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，完成對芳綸/聚酯纖維混編織物進行浸漬;④將環(huán)氧樹脂/纖維織物復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：試驗方法》進行。電氣強度按照GB/T1408.1—2006《絕緣材料電氣強度試驗方法第1部分工頻下試驗》進行測試。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》進行測試。吸水率按照GB/T1034—2008《塑料吸水性的測定》進行測試。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，需對絕緣拉桿進行一系列的型式試驗以充分驗證其電氣、機械性能。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

絕緣拉桿進行型式試驗后，進行裝機電氣試驗，以及機械壽命驗證。裝機電氣試驗項目：工頻耐壓：AC650kV/1min，分、合閘狀態(tài)下雷電沖擊試驗：±1425kV，各15次。隔離開關(guān)處于分閘位置進行雷電沖擊試驗電壓時，施加電壓值-1425kV發(fā)生電擊穿。

3.3拆解檢查

對樣機進行拆解點檢發(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)連接導體及低壓屏蔽上均有明顯放電點，絕緣拉桿擊穿位置起層嚴重。對絕緣拉桿進行刨切，發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿電氣擊穿破壞了絕緣材料的增強層，形成層間貫穿性擊穿。

4防范措施

（1）要求GIS制造廠家對所有隔離開關(guān)絕緣拉桿在工廠裝配前進行工頻耐壓試驗、沖擊電壓試驗和局部放電檢測，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）進行材料致密性和裂紋檢查;（3）建議GIS制造廠家進行裝配工藝革新，確保隔離開關(guān)絕緣拉桿聯(lián)軸裝配質(zhì)量，避免絕緣拉桿機械損傷的出現(xiàn);（4）對在運行的同型設備，結(jié)合停電在廠家指導下對隔離開關(guān)操作機構(gòu)進行檢查（檢查轉(zhuǎn)動力矩是否符合廠家技術(shù)要求）;（5）對在運行的同型設備隔離開關(guān)氣室進行超聲局放帶電檢測，并同時進行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)，在實際運行和維護過程中，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中等問題，動觸頭的運動可能導致金屬尖刺或異物的產(chǎn)生。這些雜質(zhì)對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，導致絕緣拉桿被擊穿。

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