王光明, 周清政, 張 輝

1.西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司 西安 710018 2.平頂山市絕緣制品股份有限公司 河南平頂山 467002

1 研究背景

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng),在運(yùn)行時(shí),內(nèi)部充有高壓六氟化硫氣體。六氟化硫氣體是一種良好的高壓設(shè)備絕緣介質(zhì),具有較高的介質(zhì)強(qiáng)度、良好的絕緣和滅弧性能。環(huán)氧澆注絕緣子是氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中應(yīng)用最多、最廣泛的一種絕緣部件,可以對(duì)高電壓大電流導(dǎo)體與罐體進(jìn)行支撐、隔離、固定,同時(shí)使氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中高壓六氟化硫氣體與外部環(huán)境隔絕,避免六氟化硫氣體泄漏至大氣中,對(duì)環(huán)境造成危害。

目前,環(huán)氧澆注工藝廣泛應(yīng)用于高壓電氣絕緣子的生產(chǎn)領(lǐng)域,環(huán)氧澆注件以良好的電性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度成為氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中的關(guān)鍵零部件。對(duì)環(huán)氧澆注絕緣子而言,除要進(jìn)行電性能檢測(cè)外,還要進(jìn)行水壓和氣密性檢測(cè)[1-12],筆者對(duì)環(huán)氧澆注絕緣子的水壓和氣密性檢測(cè)進(jìn)行研究。

2 絕緣子結(jié)構(gòu)

高壓電氣領(lǐng)域中所使用的絕緣子,一般包括單相、三相盤式絕緣子和單相、三相盆式絕緣子。單相、三相盤式絕緣子分別如圖1、圖2所示,單相、三相盆式絕緣子分別如圖3、圖4所示。

圖1 單相盤式絕緣子

圖2 三相盤式絕緣子

圖3 單相盆式絕緣子

圖4 三相盆式絕緣子

3 水壓和氣密性檢測(cè)要求

根據(jù)國(guó)標(biāo)GB/T 7674—2008《額定電壓72.5 kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備》對(duì)絕緣子壓力試驗(yàn)的規(guī)定,破壞試驗(yàn)時(shí)隔板所受壓力應(yīng)以不大于400 Pa/min的速率增大,直到出現(xiàn)破裂。國(guó)標(biāo)同時(shí)規(guī)定,型式試驗(yàn)壓力應(yīng)大于3倍設(shè)計(jì)壓力,例行試驗(yàn)壓力應(yīng)為2倍設(shè)計(jì)壓力,時(shí)長(zhǎng)均為1 min。

GB/T 7674—2008對(duì)泄漏試驗(yàn)的規(guī)定為,封閉壓力系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行壽命期間,每年從氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備任意單個(gè)隔室到大氣和隔室間的漏氣率不應(yīng)大于0.5%。

以上兩方面規(guī)定即為環(huán)氧澆注絕緣子水壓和氣密性檢測(cè)要求。

4 水壓檢測(cè)方法

絕緣子在氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備中的一個(gè)重要作用是在氣室與氣室之間進(jìn)行隔離,由于絕緣子兩側(cè)壓力不同,因此絕緣子必須承受國(guó)標(biāo)規(guī)定的壓力而不破裂。環(huán)氧澆注絕緣子所使用的環(huán)氧樹脂為脆性材料,在進(jìn)行氣體壓力檢測(cè)時(shí),氣體壓縮性強(qiáng),絕緣子若發(fā)生破裂,破碎的環(huán)氧樹脂會(huì)飛濺,進(jìn)而對(duì)檢測(cè)人員造成傷害。基于以上原因,針對(duì)環(huán)氧澆注絕緣子,生產(chǎn)廠家一般進(jìn)行水壓檢測(cè)。

4.1 手動(dòng)水壓檢測(cè)

環(huán)氧澆注絕緣子手動(dòng)水壓檢測(cè)設(shè)備如圖5所示。進(jìn)行手動(dòng)水壓檢測(cè)時(shí),升壓速率可以控制在400 Pa/min以下,使壓力增大到國(guó)標(biāo)規(guī)定的例行試驗(yàn)壓力值或型式試驗(yàn)壓力值,保持壓力1 min后泄壓。進(jìn)行破壞試驗(yàn)時(shí),以400 Pa/min的速率增大壓力,直至絕緣子破裂。手動(dòng)水壓檢測(cè)的缺點(diǎn)主要是效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。

圖5 手動(dòng)水壓檢測(cè)設(shè)備

4.2 電動(dòng)水壓檢測(cè)

將手動(dòng)升壓裝置更換為電動(dòng)升壓裝置,可以提升升壓速率,進(jìn)而提高水壓檢測(cè)效率,減小檢測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

環(huán)氧澆注絕緣子電動(dòng)水壓檢測(cè)的缺點(diǎn)為升壓速率過快,并且不可調(diào)節(jié),幾乎在1 min內(nèi)可使水壓自0增大至2.4 MPa,升壓速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)的壓力試驗(yàn)規(guī)定值。由此,電動(dòng)水壓檢測(cè)的結(jié)果是否能獲得承認(rèn),值得商榷。環(huán)氧澆注絕緣子電動(dòng)水壓檢測(cè)設(shè)備如圖6所示。

圖6 電動(dòng)水壓檢測(cè)設(shè)備

5 氣密性檢測(cè)方法

常用的環(huán)氧澆注絕緣子氣密性檢測(cè)方法主要有泡沫氣密性檢測(cè)、包扎氣密性檢測(cè)、氦質(zhì)譜氣密性檢測(cè)、六氟化硫氣體氣密性檢測(cè)等,適用于不同的工況要求,以滿足不同的氣密性檢測(cè)要求。

進(jìn)行泡沫氣密性檢測(cè)時(shí),在絕緣子可能的泄漏點(diǎn)處涂抹肥皂水,對(duì)絕緣子進(jìn)行充氣加壓,觀察是否有氣泡出現(xiàn)。泡沫氣密性檢測(cè)較為直觀,但前提是需要判斷漏氣點(diǎn)的大致位置,因此工作量大,適用性較差。

進(jìn)行包扎氣密性檢測(cè),用塑料薄膜將絕緣子可能的泄漏點(diǎn)包扎起來,經(jīng)過一段時(shí)間后,再用檢漏儀檢測(cè)包扎體內(nèi)部的漏氣情況。包扎氣密性檢測(cè)的工作量大,部分可能的泄漏點(diǎn)包扎困難,而且這一檢測(cè)方法屬于局部檢測(cè),包扎完成后還需等待較長(zhǎng)時(shí)間,效率低,不滿足快速檢測(cè)的要求。

氦質(zhì)譜氣密性檢測(cè)效率高、靈敏度高、性能穩(wěn)定、適用范圍廣,檢測(cè)設(shè)備如圖7所示。將環(huán)氧澆注絕緣子放置于檢測(cè)設(shè)備中,抽真空,注入氦氣,檢測(cè)結(jié)束后再回收氦氣。氦質(zhì)譜氣密性檢測(cè)的缺點(diǎn)是對(duì)于不同規(guī)格的絕緣子,必須配置相應(yīng)的工裝,前期投入資金大,設(shè)備利用率低,一般只適用于小型絕緣子。

圖7 氦質(zhì)譜氣密性檢測(cè)設(shè)備

六氟化硫氣體氣密性檢測(cè)分為主動(dòng)式和被動(dòng)式兩類。主動(dòng)式檢測(cè)主要包括鹵化物檢測(cè)、激光成像檢測(cè)、吸光度體積分?jǐn)?shù)檢測(cè)、差分吸收激光雷達(dá)檢測(cè)等,被動(dòng)式檢測(cè)主要包括包扎檢測(cè)、真空監(jiān)視檢測(cè)、紅外成像檢測(cè)、傳感器測(cè)量檢測(cè)等。六氟化硫氣體氣密性檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)為技術(shù)成熟、可靠,在行業(yè)中已廣泛應(yīng)用。

六氟化硫氣體氣密性檢測(cè)設(shè)備如圖8所示,將環(huán)氧澆注絕緣子放置于檢測(cè)設(shè)備中,抽真空,注入六氟化硫氣體,檢測(cè)結(jié)束后再回收六氟化硫氣體。這一檢測(cè)方法的缺點(diǎn)是需要配置工裝,并且充入六氟化硫氣體后需要靜置一段時(shí)間,一般為10～20 h,然后再檢測(cè)六氟化硫氣體的漏氣率,效率較低。

圖8 六氟化硫氣體氣密性檢測(cè)設(shè)備

6 水壓、氣密性綜合檢測(cè)方法

對(duì)于環(huán)氧澆注絕緣子而言,在出廠試驗(yàn)中,既有水壓檢測(cè),又有氣密性檢測(cè),如果能夠?qū)⑦@兩項(xiàng)檢測(cè)合并進(jìn)行,那么將會(huì)提高絕緣子的檢測(cè)效率。通過對(duì)環(huán)氧澆注絕緣子水壓和氣密性檢測(cè)要求進(jìn)行分析,筆者提出一種水壓、氣密性綜合檢測(cè)方法。

將絕緣子安裝于特制的水壓工裝上,工裝充滿潔凈水源,如圖9所示。將壓縮氮?dú)鈮毫υ醋鳛樗畨汗ぱb的升壓動(dòng)力源,按國(guó)標(biāo)規(guī)定的升壓速率使氣壓增大至例行試驗(yàn)壓力值,如圖10所示。保壓1 min,之后將氣體壓力調(diào)節(jié)為1.5倍設(shè)計(jì)壓力,觀察絕緣子中心導(dǎo)體接合面處有無氣泡產(chǎn)生,由此即可判斷絕緣子中心導(dǎo)體與環(huán)氧樹脂的氣密性。檢測(cè)中絕緣子如有開裂、氣泡、異聲等問題,即可判定絕緣子不合格。在檢測(cè)中產(chǎn)生氣泡的環(huán)氧澆注絕緣子如圖11所示,發(fā)生開裂的環(huán)氧澆注絕緣子如圖12所示。針對(duì)這一發(fā)生開裂的絕緣子,確認(rèn)由裝脫模操作不規(guī)范,進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力缺陷引起。

圖9 水壓工裝

圖10 升壓控制

進(jìn)行檢測(cè)時(shí),對(duì)于同一水壓值要求的環(huán)氧澆注絕緣子,可以通過氣管分接接頭,進(jìn)行一次連接兩件、三件的檢測(cè),提高檢測(cè)效率。檢測(cè)中所使用的高壓氮?dú)?均為由空氣分離而得的常規(guī)工業(yè)氣體,不存在大氣污染等問題。通過水壓、氣密性綜合檢測(cè)的完好環(huán)氧澆注絕緣子如圖13所示。

圖11 產(chǎn)生氣泡的絕緣子

圖12 開裂的絕緣子

圖13 完好絕緣子

7 結(jié)束語

在分析環(huán)氧澆注絕緣子水壓和氣密性檢測(cè)要求的基礎(chǔ)上,提出了一種水壓、氣密性綜合檢測(cè)方法。采用這一檢測(cè)方法,基于水壓工裝,以高壓氮?dú)庾鳛樯龎簞?dòng)力源將絕緣子的水壓和氣密性檢測(cè)合并為一次檢測(cè),提高了檢測(cè)效率,節(jié)約了能源,并降低了環(huán)境危害的可能性。

對(duì)環(huán)氧澆注絕緣子進(jìn)行水壓和氣密性檢測(cè),對(duì)有缺陷的絕緣子進(jìn)行篩選,可以提高絕緣子的質(zhì)量,確保氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的可靠運(yùn)行。針對(duì)水壓、氣密性綜合檢測(cè)方法,后續(xù)考慮采用自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行升壓控制,并自動(dòng)檢查是否存在漏氣,檢測(cè)記錄自動(dòng)存儲(chǔ),以降低人為因素對(duì)檢測(cè)造成的影響。