高壓開關設備用固體絕緣材料綜述

張養庫，杜超云，史明，王戰強

（西安西電電工材料有限責任公司，西安 710082）

引言

高壓開關設備使用的環氧熱固性絕緣材料是伴隨著開關設備的發展而發展起來的。開關設備從10 kV油開關發展到1100 kV SF6開關，與之配套的固體絕緣材料從酚醛紙質層壓材料、酚醛棉布層壓材料、環氧酚醛層壓玻璃布板(管、棒)材料發展到滿足SF6高壓、超高壓開關設備使用的真空壓力環氧玻璃布浸膠管(板)、真空壓力浸膠環氧玻璃紗棒、真空壓力環氧澆注絕緣制品及真空壓力凝膠注射成型絕緣制品。

1 開關設備用固體絕緣材料的發展現狀

20世紀80年代末，以西電西開電氣為龍頭的幾家開關設備制造企業紛紛引進國外先進的SF6高壓開關設備制造技術，受當時各方面的政策限制，引進技術生產的SF6高壓開關中的絕緣拉桿及關鍵絕緣件需從日本、德國、瑞士等國進口，各開關設備生產廠家又從德國進口了環氧澆注生產設備，自己生產環氧澆注絕緣件。西電西材近年來采用自主研發的絕緣管與金屬接頭連接處采用表面無絲扣粘接的專利技術，為國內一些中小型開關企業提供PASS開關用真空壓力浸膠成品。同時積極加快特高壓進口產品國產化替代進程，500 kV～800 kV GIS組合電氣封閉開關用絕緣拉桿及絕緣扭桿已完成用戶裝機驗收試驗，實現批量供貨。1100 kV GIS組合電氣封閉開關用絕緣拉桿、絕緣扭桿亦研發成功。

2 開關設備用環氧絕緣材料

2.1 開關設備用環氧樹脂固體絕緣材料的生產工藝

開關設備中使用的環氧樹脂絕緣材料及絕緣制品是以纖維織物作補強材料或以粉體作補強材料的兩大類絕緣材料及絕緣制品，其粘合劑均為環氧樹脂與固化劑及其他添加劑混合而成的膠黏劑，膠黏劑通過不同的制造工藝與補強材料粘合。用纖維織物作為補強材料，先制成絕緣型材，通過二次加工制成開關設備中需要的絕緣制品；用粉體作為補強材料，通過相應的制造工藝及模具直接澆注成開關設備所需的絕緣制品。

保證真空壓力環氧浸膠制品質量的關鍵在于纖維織物的浸透性要好，環氧樹脂膠黏劑在低溫下穩定性好，高溫下黏度低，熱失重小，粘合強度高。同時通過將纖維織物（如玻璃纖維布、聚酯纖維布、芳綸纖維布、玄武巖纖維布等）材料整齊平鋪堆積到密封模具中，在真空壓力下浸漬環氧樹脂膠黏劑，固化而成真空環氧浸膠絕緣板，經二次機加工制成開關的板狀絕緣拉桿、聯板、支撐板、螺桿、螺栓固定件等絕緣結構件。

2.2 SF6開關設備對固體絕緣材料及絕緣件的技術要求

絕緣拉桿是瓷柱式、罐式、GIS、HGIS開關設備中通用型絕緣零件。其他絕緣零件有瓷柱式開關中的電阻絕緣管、罐式開關中的電容器絕緣管；罐式、GIS、HGIS開關設備中的絕緣支持筒、絕緣支持臺和通孔、不通孔盆式絕緣子。開關設備投入電網運行后，絕緣件質量可靠性必須100%，SF6開關設備要求投入運行后不得出現任何質量問題，即保證絕緣件裝配前各項技術指標檢測合格，裝機后要隨機投入電網運行30年不得更換。因此，根據絕緣件類型及使用部位，對絕緣件提出了相應的技術要求和規定，主要的技術要求和規定如下。

（1）機械強度。絕緣拉桿及其他受力絕緣結構件的抗拉強度、彎曲強度、扭曲強度等應達到相應零件的要求。

（2）電性能。絕緣拉桿及其他絕緣結構件應能耐受相應電壓等級的工頻耐受電壓，在1.1倍相電壓下測局放值≤3 PC，相應電壓等級還應能耐受相應的雷電沖擊電壓。

（3）耐化學性能。絕緣拉桿及其他絕緣結構件用絕緣材料本身應具有耐酸、堿，耐各種化學藥物的腐蝕，裝入SF6開關中的絕緣件能耐受開關在開斷后SF6分解物的腐蝕。

（4）耐氣候性。開關設備中的關鍵絕緣件在規定氣候條件下服役期間應無裂紋、開裂，表面無異常。

（5）除上述要求外，環氧澆注絕緣件還需水壓、氣體泄漏、X射線探傷檢測，在規定時間內無泄漏、內部無氣隙、裂紋等異常現象。

（6）凡是絕緣拉桿類零件，在應用于產品之前必須通過10 000次隨機壽命試驗而不被損傷，否則不得應用于開關設備。

2.3 SF6開關設備用固體絕緣材料制品的制造水平及性能比較

20世紀80年代中期，國內大型開關設備制造企業引進SF6開關設備制造技術，配套開關設備中的關鍵絕緣零件——絕緣拉桿都是從瑞士AXLCD公司或德國ISOLA公司進口，進口的絕緣拉桿中的補強材料都是聚芳纖維，采用干法纏繞后裝入浸膠大罐進行真空壓力環氧樹脂浸膠成型，再經二次加工制成絕緣拉桿，制品的機械、電氣性能均達到了需方要求。

SF6開關設備中使用的兩大類絕緣制品質量早已趕上進口絕緣件，個別性能還優于進口絕緣件，例如用真空壓力浸膠管制成的絕緣拉桿破壞拉力實測值高于同種進口絕緣拉桿的實測值；環氧澆注成型的盆式絕緣子水壓試驗實測值也高于進口同種產品的實測值。但自制絕緣件外觀精細程度、成品包裝比進口絕緣件遜色。

真空壓力環氧浸膠制品制造工藝技術起源于西材公司，經歷了油開關時代，發展到SF6開關時代。制品用于SF6瓷柱式、罐式、GIS、HGIS開關設備中的絕緣拉桿及其他絕緣結構件。在發展過程中，我國自主研發出了真空壓力浸膠玻璃紗棒，填補了真空壓力浸膠材料(即無氣隙材料)制品的空白，結束了采用真空壓力浸膠板經后續加工成真空壓力浸膠棒的歷史。與真空壓力環氧浸膠制品相比，真空浸膠玻璃紗棒的材料利用率提高了40%。真空壓力浸膠管與真空壓力浸膠紗棒性能列于表1。

表1 環氧樹脂真空壓力浸膠板、真空壓力浸膠玻璃紗棒性能

西開電氣、平高電氣、新東北電氣、思源電氣、泰開電氣等大中型開關制造商相繼建起了自己的配套環氧澆注生產線。西電西材作為絕緣材料專業生產廠家，也建立了專門的澆注生產線，經30多年的研發、創新，所生產的126 kV～1100 kV盆式絕緣子、絕緣法蘭、絕緣拉桿、絕緣支持件、絕緣筒臺、絕緣板等產品廣泛用于國內中大型高壓開關制造廠家，而且550 kV～1100 kV盆式絕緣子水壓實測值高于進口的同種盆式絕緣子，其他結構的絕緣支持筒、絕緣支持臺等澆注絕緣件的力學、電氣性能均達到或高于相應的技術要求。環氧澆注絕緣件的主要技術性能見表2。

表2 環氧澆注絕緣件主要技術性能

3 結束語

提高絕緣件質量，讓開關用戶放心使用國產絕緣拉桿及其他絕緣結構件，是絕緣材料、絕緣制品制造企業貫穿始終的宗旨。盡管國產絕緣拉桿的內在質量、試驗實測數據比進口同種絕緣拉桿實測數據高，但多年來習慣使用進口絕緣拉桿的開關的企業總是對國產絕緣拉桿存有疑慮。究其原因，國產絕緣件整體質量的一致性、穩定性較差。只有進一步提高國產絕緣件整體質量的一致性，持續提高絕緣拉桿制造技術的穩定性，贏得開關用戶的信任，才能讓開關用戶放心使用國產絕緣拉桿。