歐希堂，郭桂榮

（大連北方互感器集團(tuán)有限公司，大連 116203）

硅橡膠復(fù)合絕緣戶外互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

歐希堂，郭桂榮

（大連北方互感器集團(tuán)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(huán)境下能有效安全運(yùn)行，通過硅橡膠與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料對(duì)戶外電流、電壓互感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，生產(chǎn)研制出機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能穩(wěn)定的復(fù)合絕緣戶外電流、電壓互感器。

硅橡膠；復(fù)合絕緣；互感器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

0 引言

目前我國(guó)電網(wǎng)使用的35 kV及以下電流、電壓互感器主要為戶外環(huán)氧樹脂絕緣及油浸式結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行環(huán)境條件涵蓋了各種戶外惡劣環(huán)境，重工業(yè)區(qū)、沿海多霧區(qū)、粉塵較多的鐵廠、鋁廠、水泥廠等，各種環(huán)境對(duì)戶外互感器絕緣性能均提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，伴隨著智能化電站及無人值班變電所的建立對(duì)戶外電流、電壓互感器提出了諸多新要求：高動(dòng)熱穩(wěn)定電流互感器要求互感器絕緣有更高機(jī)械強(qiáng)度；要求產(chǎn)品有較大的泄漏爬電距離，在多粉塵、多鹽霧地區(qū)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和選材上能一定程度耐受濕污和覆冰而不發(fā)生閃絡(luò)；產(chǎn)品使用壽命長(zhǎng) （20～30年），經(jīng)受住嚴(yán)寒酷暑的考驗(yàn)；產(chǎn)品具有自潔性，不需單獨(dú)投入成本進(jìn)行定期維護(hù)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?yàn)樵牧喜少?gòu)容易及具有良好的耐蝕性，至今各種領(lǐng)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(fā)生污閃現(xiàn)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(yīng)力，熱脹冷縮應(yīng)力成為其以后爆裂、松動(dòng)漏油的主要因素；油浸式互感器由于瓷瓶于金屬聯(lián)接，造成運(yùn)輸、安裝困難，產(chǎn)品制造工藝消耗大；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，1～3年需進(jìn)行小修，若發(fā)現(xiàn)較大問題時(shí)需要進(jìn)行大修，大修程序工藝要求復(fù)雜，環(huán)境要求嚴(yán)格且成本較高等特點(diǎn)。

1.2 傳統(tǒng)戶外環(huán)氧樹脂澆注式互感器

產(chǎn)品主要絕緣部分及絕緣子部位均為環(huán)氧樹脂澆注為一體式。

1）電氣、機(jī)械性能和加工工藝性能十分優(yōu)良。

2）戶外環(huán)氧樹脂原材料保質(zhì)期較短，一般在4個(gè)月以內(nèi)，原材料采購(gòu)及保存工作比較繁瑣，過期材料使用后產(chǎn)品容易出現(xiàn)開裂，及絕緣擊穿現(xiàn)象。

3）長(zhǎng)期穩(wěn)定性能欠佳，表現(xiàn)為產(chǎn)品長(zhǎng)期處于戶外環(huán)境（2～3年后），由于紫外線的副射，產(chǎn)品表面會(huì)出現(xiàn)粗糙粉化現(xiàn)象，估計(jì)使用壽命在10～15年（吉林電業(yè)局掛網(wǎng)運(yùn)行的組合互感器出現(xiàn)表面粗糙現(xiàn)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(huán)境下能形成連續(xù)的水膜，目前解決的辦法是增加產(chǎn)品的沿面泄漏距離，方法一是增加絕緣傘裙片數(shù)，方法二是采用大小間隔的傘裙結(jié)構(gòu)來延長(zhǎng)沿面泄漏距離。

5）對(duì)于重粉塵污穢地區(qū)如鐵廠、水泥廠等環(huán)境要定期清除表面的灰塵。

1.3 硅橡膠復(fù)合絕緣互感器

硅橡膠復(fù)合絕緣互感器并不是產(chǎn)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(chǎn)品的外套，因?yàn)楣柘鹉z比較柔軟，抗撕裂性能差，自身不能作為結(jié)構(gòu)材料，產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)件由環(huán)氧樹脂澆注成形。近年來硅橡膠復(fù)合絕緣的生產(chǎn)技術(shù)得到快速發(fā)展，且已廣泛應(yīng)用于避雷器、互感器、戶外真空斷路器、戶外絕緣子等，這類產(chǎn)品的綜合技術(shù)水平已基本達(dá)到了世界先進(jìn)水平。

1.4 硅橡膠復(fù)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(jié)成細(xì)小水珠，很難形成連續(xù)水膜，泄漏電流小，不容易發(fā)生較強(qiáng)的局部電弧，也難發(fā)展成污閃放電，一般達(dá)到飽和受潮時(shí)約需100 min，而電瓷絕緣子污層飽和受潮形成連續(xù)的導(dǎo)電膜的時(shí)間一般只有15 min。試驗(yàn)結(jié)果表明，硅橡膠復(fù)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(dá)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(jìn)行的試驗(yàn)看，該材料的使用壽命估計(jì)可達(dá)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(yù)計(jì)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(yōu)良耐污性能的壽命，也就是憎水性遷移效應(yīng)維持時(shí)間。室內(nèi)試驗(yàn)及目前運(yùn)行情況表明在一般電氣設(shè)備的運(yùn)行壽命期內(nèi)，硅橡膠復(fù)合絕緣體的憎水性沒有喪失的跡象，即這種絕緣子的優(yōu)良耐污性能不會(huì)出現(xiàn)明顯的長(zhǎng)期衰退劣化現(xiàn)象，另外硅橡膠絕緣子表面憎水性還有暫時(shí)消失與恢復(fù)的功能。

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

硅橡膠復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)互感器一般由結(jié)構(gòu)器身、內(nèi)絕緣材料、外硅橡膠絕緣材料、產(chǎn)品安裝底座等組成。

2 生產(chǎn)工藝

硅橡膠復(fù)合絕緣互感器生產(chǎn)工藝復(fù)雜嚴(yán)格，在傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂澆注式內(nèi)絕緣基礎(chǔ)上增加硅橡膠套的特殊制作工藝，而為實(shí)現(xiàn)這一過程首要條件必需滿足如下要求:內(nèi)絕緣澆注體絕緣及電氣性能完全滿足本電壓等級(jí)下產(chǎn)品所有例行及型式試驗(yàn)項(xiàng)目;采用真空澆注等技術(shù)手段保證外絕緣硅橡膠套必須與內(nèi)絕緣澆注體的緊密可靠接觸，無氣隙及隔層存在;保證實(shí)現(xiàn)這一工藝要求實(shí)現(xiàn)的良好工藝操作可行性;保證產(chǎn)品具有本電壓等級(jí)下戶外產(chǎn)品一切電氣性能及相關(guān)例行及型式試驗(yàn)項(xiàng)目;盡可能低的價(jià)格成本。

2.1 主要工藝流程

合格的內(nèi)絕緣澆注體→表面磨砂→噴涂交聯(lián)材料→外絕緣硅橡膠套。

2.2 硅橡膠外絕緣工藝

因?yàn)楫a(chǎn)品硅橡膠外絕緣的實(shí)現(xiàn)是個(gè)重要工藝工序，硅橡膠的內(nèi)絕緣體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)產(chǎn)品需要進(jìn)行優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡可能在保證產(chǎn)品參數(shù)滿足的情況下，力求產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線條流暢美觀，硅橡膠外套工藝方便可靠，總結(jié)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(duì)于幾何形狀規(guī)則的型號(hào)產(chǎn)品（多為圓柱式），根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)硅橡膠壓制模具可制成上傘蓋、傘套（若干個(gè)）、底盤套等三個(gè)部分，其中的傘套為外套的主體部位，為了保證套裝的嚴(yán)密性，在各聯(lián)接部位設(shè)計(jì)成上下止口聯(lián)接的優(yōu)化結(jié)構(gòu)型式，依次嵌套密封。

內(nèi)澆注體經(jīng)過精細(xì)的磨砂處理，通過相關(guān)試驗(yàn)合格后，在澆注體表面涂抹均勻的進(jìn)口T hIXON304-EF交聯(lián)劑，然后進(jìn)行硅橡膠套的套裝工序，有效保證硅橡膠外套與內(nèi)絕緣環(huán)氧澆注的粘結(jié)過渡，機(jī)械、耐溫等性能滿足相關(guān)要求。

因?yàn)楣柘鹉z的特性軟，硅橡膠外套尺寸必須可以做成比內(nèi)澆注體相關(guān)尺寸較小的型式縮小配合間隙，以方便操作。

對(duì)于若干個(gè)傘套及其它等主要部分硅橡膠組件依次相互聯(lián)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(duì)于幾何形狀復(fù)雜互感器產(chǎn)品適用該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)于澆注體內(nèi)澆注模具及硅橡膠外澆注模具要求十分嚴(yán)格，必切實(shí)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(guó)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(shí)間可以根據(jù)生產(chǎn)調(diào)整，無需二次烘箱深度硫化。

內(nèi)澆注體經(jīng)過精細(xì)的磨砂處理，通過相關(guān)試驗(yàn)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(lián)劑底涂液，自然風(fēng)干2 h后，裝入已處理好的硅橡膠外澆注模具中進(jìn)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(jié)論

硅橡膠生產(chǎn)各工藝工序技術(shù)要求非常嚴(yán)格，尤其是硅橡膠材料的選取配比將直接影響到產(chǎn)品電氣相關(guān)性能指標(biāo)，生產(chǎn)單位對(duì)該項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)要嚴(yán)格執(zhí)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(tǒng)的污穢絕緣［M］.重慶:重慶大學(xué)出版社，1990.

［3］肖耀榮，高祖綿.互感器原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)［M］.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

歐希堂，工程師，長(zhǎng)期從事互感器檢測(cè)、試驗(yàn)，互感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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.

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book=30,ebook=15

TM45

B

1007－9904（2010）04－30－03

2010－03－23