貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局 張鳳如 蔣友權(quán) 錢孝祥 何 軍 陳 浩 王正平

干式空心電抗器全包封防潮工藝分析

貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局 張鳳如 蔣友權(quán) 錢孝祥 何 軍 陳 浩 王正平

干式空心電抗器由于其特殊的結(jié)構(gòu)和材料構(gòu)造特點(diǎn)，在長期運(yùn)行過程中容易出現(xiàn)包封受潮現(xiàn)象，包封受潮是電抗器線匝間短路，最終導(dǎo)致設(shè)備損壞燒毀的重要原因之一。本文介紹了一種適用于干式空心電抗器全包封防潮工藝的特點(diǎn)，通過研究防潮涂料黏度、靜置時(shí)間與成膜厚度之間相互影響的關(guān)系，探究出了一種較好的工藝條件：涂料黏度范圍在70S-80S之間，靜置時(shí)間為5min，在此工藝條件下涂層厚度均勻、附著力好，涂層厚度達(dá)到0．2mm-0．3mm工藝要求。結(jié)合最佳工藝條件，進(jìn)行干式空心電抗器全包封防潮工藝實(shí)施，可以有效提高設(shè)備的防潮性能，從而延長設(shè)備的使用壽命。

干式空心電抗器；全包封；防潮；使用壽命

引言

作為變電站內(nèi)無功補(bǔ)償?shù)闹匾O(shè)備，干式空心電抗器主要功能是向電力系統(tǒng)提供無功功率，提高功率因數(shù)，達(dá)到減少損耗、壓降，改善電能質(zhì)量、電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的目的［1-2］。然而隨著電抗器投運(yùn)時(shí)間的累積，不少電抗器都出現(xiàn)線圈受潮、溫度分布不均衡、局部放電過熱、絕緣燒損等現(xiàn)象［3-4］，為防止電抗器因線圈受潮或絕緣老化，目前多采用在電抗器表面噴涂絕緣防潮涂料的方法[5]。通過有限元計(jì)算軟件分析涂覆絕緣涂料后的電抗器電場強(qiáng)度[6]，結(jié)果表明絕緣涂料對環(huán)氧樹脂包封絕緣表面防護(hù)具有良好的性能。

然而由于電抗器氣道狹長，普通氣槍噴涂方法不能使涂層完全覆蓋電抗器全表面，涂層的有效覆蓋率直接影響著防潮保護(hù)作用的效果。通過氣槍噴涂的方法，絕緣涂料只能是局部覆蓋電抗器表面，并且涂層的厚度不均一，導(dǎo)熱效率也必定不相等，可能會導(dǎo)致電抗器運(yùn)行中各部位溫度差異較大，影響電抗器運(yùn)行穩(wěn)定性。

涂層覆蓋率嚴(yán)重制約性能優(yōu)良的絕緣防潮涂料在電抗器中的應(yīng)用，傳統(tǒng)的施工工藝已不能滿足電抗器絕緣防護(hù)的需求，目前急需一種真正使絕緣涂料完全覆蓋電抗器全表面的施工工藝。下面將介紹一種新型的干式空心電抗器全包封防潮工藝，該工藝有效解決了涂料覆蓋率的問題，理論上涂料覆蓋率達(dá)100%。完善的全包封防潮工藝結(jié)合性能優(yōu)良的絕緣防潮涂料，可以有效降低事故發(fā)生率、延長電抗器的使用壽命。

1.國內(nèi)干式空心電抗器應(yīng)用現(xiàn)狀

在電網(wǎng)建設(shè)初期，各大電網(wǎng)以裝設(shè)高壓并聯(lián)電抗器為主，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，電網(wǎng)出現(xiàn)了大量的35Kv和66kV的低壓電抗器，這些電抗器主要是干式空心電抗器；最初這些干式電抗器多數(shù)從國外進(jìn)口，在運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)了一些問題。由于國內(nèi)企業(yè)在樹脂絕緣干式空心電抗器技術(shù)上的攻克，干式空心電抗器的市場逐步被國內(nèi)廠家生產(chǎn)的低壓電抗器占領(lǐng)。

由于樹脂絕緣干式空心電抗器技術(shù)進(jìn)入我國較晚（二十世紀(jì)九十年代），企業(yè)在技術(shù)消化吸收、轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品過程中有一個認(rèn)知發(fā)展過程，從發(fā)生燒毀的產(chǎn)品看，早期由于企業(yè)對生產(chǎn)工藝的控制并不充分、技術(shù)控制也不成熟，一些產(chǎn)品存在局部包封溫度高、包封的密實(shí)性不好導(dǎo)致燒毀的問題（一般以2000年左右作為分界點(diǎn)），2000 年之前的產(chǎn)品，匝間短路發(fā)生的原因有三個，局部過熱、包封受潮、局部放電。2000 年之后的產(chǎn)品，由于廠家不斷改善制作工藝，通過半成品調(diào)匝、溫升測試等[7]，基本解決了干式電抗器局部過熱的問題，發(fā)生匝間短路的主要原因?yàn)榘馐艹焙途植糠烹姟?/p>

干式空心電抗器一般采用鋁線做載流導(dǎo)線，鋁導(dǎo)線外層包覆聚酯薄膜[8]。干式電抗器在繞制過程中，導(dǎo)線也要承受一定的拉緊力；干式電抗器固化成型后，整個結(jié)構(gòu)是硬的、脆性的，而電抗器帶電后導(dǎo)線發(fā)熱并熱膨脹，停電后又會冷卻收縮。然而即使包封絕緣材料選用時(shí)已充分考慮到該問題，盡量使用膨脹系數(shù)較接近的材料。但由于電抗器的頻繁投切及一投上就是滿負(fù)荷工作的較苛刻的運(yùn)行工況，從實(shí)際運(yùn)行情況看，這個變形問題并未得到有效的解決。所有這些都易引發(fā)環(huán)氧玻璃纖維樹脂層老化開裂。

有研究表明，在干式空心電抗器的基建環(huán)節(jié)，由于安裝工藝不到位導(dǎo)致強(qiáng)烈漏磁[9]，引起干式空心電抗器本體或周圍部件（支撐件、底座接地扁鐵、螺栓等）環(huán)流或渦流發(fā)熱，雖然這種發(fā)熱不會立刻導(dǎo)致電抗器燒毀，但是高溫會加速絕緣材料老化，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，最終損傷電抗器甚至使電抗器燒毀。為解決安裝不到位的問題，采取的措施主要有：規(guī)范干式空心電抗器的安裝工藝，要求嚴(yán)格按照安裝設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工，嚴(yán)禁自作主張?jiān)斐砂惭b工作的失誤失察；電抗器與支柱絕緣子連接起支撐作用的金具應(yīng)盡量用玻璃鋼等非導(dǎo)磁性材料；電抗器接地材料采用銅接地材料，其薄度和厚度在保證泄流能力的前提下盡量小。

綜上所述，大部分干式空心電抗器燒毀的直接原因是起絕緣作用的環(huán)氧樹脂老化損壞，一旦絕緣材料老化開裂，空氣水汽分子容易滲入電抗器氣道內(nèi)表面，使得包封受潮，短路電流劇增，進(jìn)而引發(fā)局部過熱、匝絕緣損傷，最終損傷電抗器甚至使電抗器燒毀。采用全包封防潮工藝對干式空心電抗器進(jìn)行處理可以從根本上高效地解決這一問題，全包封防潮工藝有效阻隔了潮氣對環(huán)氧樹脂的侵襲，有效延緩環(huán)氧樹脂的水解老化，增強(qiáng)匝間絕緣性能。

2.干式空心電抗器全包封防潮工藝特點(diǎn)

干式空心電抗器全包封防潮工藝有以下一些特點(diǎn)：

（1）采用全包封防潮工藝處理的電抗器全表面涂層厚度均勻、附著力好；

（2）可做到設(shè)備的全表面有效防護(hù)，極大提高了涂層的覆蓋率，覆蓋率可達(dá)100%；

（3）噴注漫涂工藝有效改善了氣槍噴涂施工過程中涂料霧化時(shí)向周邊環(huán)境飄散的問題，由于沒有涂料霧化飄散的問題，提高了涂料的利用率，符合節(jié)能環(huán)保的理念；

（4）提高了設(shè)備的絕緣性能、電氣性能和機(jī)械性能，有效降低了設(shè)備因材料老化而發(fā)生故障的幾率，真正起到有效的防護(hù)作用。

3.工藝改進(jìn)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

為了進(jìn)一步完善干式空心電抗器全包封防潮工藝，得出最佳的施工工藝條件，我們對防潮涂料黏度、靜置時(shí)間與成膜厚度之間的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)分析。

3.2 試驗(yàn)步驟

（1）對試驗(yàn)用的干式空心電抗器氣道進(jìn)行按順序編號，以便試驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄；

（2）對干式空心電抗器氣道進(jìn)行清潔，清潔完畢后使用專用工具對電抗器氣道底部進(jìn)行封堵，使得氣道形成一個上面敞口，下面密閉的半封閉容器式操作工況；

（3）將涂料黏度調(diào)節(jié)至試驗(yàn)所需的數(shù)值，使用專用噴注裝置將涂料注入氣道內(nèi)；

（4）涂料充滿氣道立刻開始計(jì)時(shí)，靜置時(shí)間達(dá)到試驗(yàn)設(shè)定值后立即解封底部，使涂料自然流入回收容器；

（5）漫涂步驟到此結(jié)束，待涂層靜置固化后，對涂層進(jìn)行切片檢測膜厚。

注：黏度測定方法為巖田黏度杯法[10]。

3.3 試驗(yàn)分析

試驗(yàn)過程如下：選取52S、60S、63S、70S、80S和114S這6個黏度梯度的涂料進(jìn)行試驗(yàn)，每個黏度梯度分別進(jìn)行3個不同靜置時(shí)間的試驗(yàn)，靜置時(shí)間為1min、3min和5min。對得出的涂料黏度、靜置時(shí)間及涂層厚度進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合實(shí)際需求，可以得出最佳的施工黏度和施工靜置時(shí)間。

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下關(guān)于涂料黏度、靜置時(shí)間以及膜厚之間三者關(guān)系折線圖：

圖1 不同靜置時(shí)間涂料黏度與膜厚關(guān)系圖

圖2 不同黏度靜置時(shí)間與膜厚關(guān)系圖

結(jié)合圖1和圖2分析可知，成膜厚度是涂料黏度和靜置時(shí)間兩者綜合作用的結(jié)果，三者基本關(guān)系為涂料黏度越大、靜置時(shí)間越長，成膜厚度越厚。全包封防潮工藝要求涂層膜厚在0.2mm-0.3mm之間，涂層太薄起不到防潮絕緣的保護(hù)作用；涂層太厚，可能會對電抗器的散熱有一定影響，而且，工程效率降低，工程成本上升。

黏度是流體的主要物理特性，涂料的黏度對其性能的影響至關(guān)重要。大部分涂料的技術(shù)指標(biāo)中明確地把黏度作為一項(xiàng)重要的常規(guī)檢測指標(biāo)，規(guī)定涂料黏度的生產(chǎn)范圍及使用范圍。這不僅是為了使涂料的質(zhì)量相對穩(wěn)定，更重要的是使施工后涂層的綜合性能，如附著力、裝飾性等達(dá)到要求。如果為了減少溶劑用量，盲目最求高涂料黏度，將會增大涂料的流動阻力，使涂料流動性變差；由于涂料黏度高，涂膜表面固化所需時(shí)間短，涂料流痕來不及流平，可能導(dǎo)致涂膜的厚度不均一。

靜置時(shí)間是指漫涂過程中涂料在氣道內(nèi)的停留時(shí)間，靜置時(shí)間應(yīng)該結(jié)合施工工藝確定，靜置時(shí)間太短，涂層沒有得到充分的成膜；靜置時(shí)間太長，涂層成膜厚度容易過厚。而且從經(jīng)濟(jì)效益分析，靜置時(shí)間一定程度上影響施工進(jìn)度，盡可能短的停電施工時(shí)間可以有效提高工程效率和工程質(zhì)量。

通過對本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析，結(jié)合實(shí)際施工條件，得出如下最佳工藝條件：涂料黏度70S-80S，靜置時(shí)間5min，此條件下，涂層厚度均勻、附著力好，膜厚達(dá)到0.25mm，初步滿足工藝膜厚要求的0.2mm-0.3mm。

4.結(jié)論

干式空心電抗器包封受潮是目前較難解決的問題，采用全包封防潮工藝對干式空心電抗器進(jìn)行處理，可有效提高設(shè)備的防潮性能，從而提高設(shè)備的運(yùn)行使用壽命。

通過對工藝進(jìn)行改進(jìn)，對涂料黏度和靜置時(shí)間進(jìn)行了試驗(yàn)對比，結(jié)果表明：涂料黏度范圍在70S-80S之間，靜置時(shí)間為5min，在此工藝條件下涂層厚度均勻、附著力好，施工時(shí)間比較合理。隨著干式空心電抗器全包封防潮工藝愈加完善，并且形成了一套標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，相信隨著該工藝的推廣應(yīng)用，能夠真正做到干式空心電抗器全表面覆蓋防潮絕緣涂料，有效改善電抗器包封受潮的現(xiàn)狀，提高干式空心電抗器的運(yùn)行壽命，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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張鳳如（1969—），男，苗族，貴州晴隆人，?？?，貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司凱里供電局，助理工程師，副主任，研究方向：電力系統(tǒng)變電一次設(shè)備管理。