氣體絕緣金屬封閉開關設備中絕緣子開裂的分析

許 寧 王光明 顏晨光 孫建祥

1.西安西電高壓開關有限責任公司 西安 710018 2.西安西電開關電氣有限公司 西安 710077

1 絕緣子概述

氣體絕緣金屬封閉開關設備由母線、隔離開關、斷路器、接地開關、電流互感器、電壓互感器、避雷器、電纜終端、進出線套管等組成,充滿了SF6氣體,壓力為0.4～0.6 MPa。絕緣子在氣體絕緣金屬封閉開關設備中起固定高壓導電體和隔離氣室的作用,其裝配如圖1所示。當絕緣子發生開裂時,開裂位置先位于絕緣子外部,如圖2所示,然后逐步向內部發展。在裂縫產生1 d或2 d后,氣體絕緣金屬封閉開關設備內部的密封氣壓因有裂縫而降低。由此可見,絕緣子的質量嚴重影響氣體絕緣金屬封閉開關設備的正常運行。

2 存在的問題

氣體絕緣金屬封閉開關設備會受到使用環境的影響,處于新疆、西藏等地的氣體絕緣金屬封閉開關設備,需要考慮溫度晝夜變化產生的熱應力導致絕緣子開裂的風險。在氣體絕緣金屬封閉開關設備組裝時,絕緣子處于金屬罐體之間,會受到螺桿壓緊力的作用,此時需要考慮因機械應力而導致絕緣子開裂的風險。在電站運行期間,需要考慮檢修試驗時絕緣子承受兩側壓力差而產生開裂的風險。筆者針對252 kV氣體絕緣金屬封閉開關設備中的絕緣子在裝配期間發生的開裂問題,進行分析。

圖1 絕緣子裝配

圖2 絕緣子開裂位置

3 絕緣子兩端平面度

絕緣子由環氧樹脂澆注,安裝在氣體絕緣金屬封閉開關設備中兩個金屬罐體之間,兩側裝有用于防止SF6氣體泄漏的O形密封圈,同時防止外界濕氣滲入氣體絕緣金屬封閉開關設備,以影響SF6氣體的滅弧性能。絕緣子位于罐體兩端的金屬法蘭之間,金屬法蘭面經過機加工后,平面度可以保持在0.1 mm之內,而絕緣子兩端平面不平,成為裝配中對絕緣子產生軸向應力的主要因素。

為獲取絕緣子兩端平面度的具體數值,對庫存同型號絕緣子進行檢測,發現絕緣子平面度一般為0.1～0.4 mm,與金屬法蘭面平面度不匹配。考慮絕緣子的生產工藝流程,在絕緣子澆注裝模脫模期間未完全固化,強度不足,使絕緣子脫模時發生變形,加上設計絕緣子時又未標注平面度要求,絕緣子生產廠家對校平工裝的要求也不會太高,由此造成絕緣子兩端平面度很難滿足裝配公差配合要求。對此,筆者認為需要增加絕緣子兩端平面度要求,以減小裝配應力的影響,具體平面度指標建議設為不大于0.2 mm。

4 絕緣子四周嵌件垂直度

絕緣子因安裝需要,澆注時應預先在圓周外部埋入金屬嵌件。按裝配工藝要求裝配時,要對嵌件的垂直度進行檢測,誤差一般在1°～3°之間,個別誤差為4°～9°。由此可知,嵌件的垂直度較差。絕緣子兩端金屬法蘭強制連接后,必然對嵌件產生剪切力,嵌件又會對絕緣子產生剪切力,最終引發絕緣子開裂。

絕緣子四周嵌件垂直度檢測如圖3所示。

5 絕緣子澆注時冷卻工藝

按照絕緣子澆注工藝,絕緣子必須隨爐冷卻,即在絕緣子達到工藝規定的溫度、時間后,關閉加熱系統,在其它條件不變的情況下,爐內的絕緣子隨加熱爐自身溫度的降低而緩慢降溫。這一工藝能夠確保絕緣子內部應力隨溫度降低而緩慢釋放,保證絕緣子的機械性能。

在對絕緣子生產廠家進行工藝審核時,發現絕緣子隨爐冷卻工藝溫度控制不佳,導致部分絕緣子可能存在固化缺陷。對此,需要加強對絕緣子生產廠家工藝狀況的抽查監控,保證絕緣子機械性能和電氣性能安全可靠。

圖3 絕緣子四周嵌件垂直度檢測

6 結論

通過對氣體絕緣金屬封閉開關設備中絕緣子的開裂原因進行分析,建議對絕緣子兩端平面度提出明確要求,規定平面度不大于0.2 mm,由此盡可能減小裝配應力的影響。

絕緣子四周嵌件的垂直度誤差控制在0°～3°之間,嵌件結構改為一通一螺,以減小嵌件垂直度超差引起剪切應力對絕緣子開裂的影響。

在絕緣子澆注工藝中,嚴格執行隨爐冷卻工藝,減少絕緣子固化時產生隱含應力的缺陷問題,進而避免在安裝使用階段其它影響因素疊加而引發絕緣子開裂問題。