史文強，張浩哲，楊向陽

（許繼集團有限公司，河南 許昌 461000）

1 前言

特高壓套管關(guān)鍵技術(shù)屬于我國特高壓一次設(shè)備國產(chǎn)化的“卡脖子”難題，其中光纖復(fù)合絕緣子作為特高壓套管關(guān)鍵技術(shù)一個重要分支，在全光纖電流互感器光學(xué)信號傳輸方面具有無法替代的作用，絕緣子用于保護光纖、防污、電氣絕緣、承擔(dān)機械強度。

如圖1所示，全光纖電流互感器由光纖傳感環(huán)、傳感環(huán)密封腔體、光纖復(fù)合絕緣子、底部密封腔體和電子裝置構(gòu)成，其中光纖傳感環(huán)位于一次高壓端采集電流信號并以光學(xué)信號形式經(jīng)過光纖絕緣子傳輸至低壓端電子裝置，電子裝置集成光信號調(diào)制解調(diào)、高速數(shù)據(jù)采集及傳輸、數(shù)字信號處理等功能，按IEC 60044-8協(xié)議輸出數(shù)字信號到控保系統(tǒng)。

圖1 全光纖電流互感器結(jié)構(gòu)示意圖

光纖復(fù)合絕緣子是基于現(xiàn)有特高壓復(fù)合絕緣子技術(shù)發(fā)展而來的一種具備光學(xué)信號傳輸性能的復(fù)合絕緣子，各廠家采取的光纖內(nèi)嵌技術(shù)方案及制造工藝存在差異。

本文提出一種光纖復(fù)合絕緣子光纖內(nèi)嵌技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)對比，只需按照復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)工藝保證傘群與絕緣子芯體的黏結(jié)即可，降低了生產(chǎn)難度，密封結(jié)構(gòu)保障光纖絕緣子電氣性能，同時采用保偏緊套光纖，減少了光纖拉伸、損傷而造成的光纖不通或損耗增大的問題，且可實現(xiàn)多路光纖傳輸，簡化了加工工藝，具有較高的經(jīng)濟性。

2 現(xiàn)有技術(shù)方案

王志等對某500 kV敞開式變電站用全光纖電流互感器首次投運即發(fā)生閃絡(luò)事故進行研究，并通過對事故光CT進行解體分析和試驗驗證，得出廠家在產(chǎn)品設(shè)計過程中并未考慮光CT平放時淋雨進水的可能性，未在過線環(huán)與其底座連接處進行密封處理，同時，由于光纖槽敷設(shè)工藝不到位，導(dǎo)致雨水下滲，最終引發(fā)貫穿性放電的論述。

以上述廠家生產(chǎn)的FOS型全光纖電流互感器為例，F(xiàn)OS型光CT產(chǎn)品所用光纖復(fù)合絕緣子由硅橡膠傘套、芯棒、金屬法蘭和光纖構(gòu)成，經(jīng)過光纖埋入芯棒、芯棒打磨處理和高溫包膠生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其中高溫包膠過程包括芯棒套入金具、金具定位壓接、高溫包膠、二次壓接和出廠試驗5個階段。如圖2所示，芯棒圓周面預(yù)留螺旋光纖槽，光纖敷設(shè)后進行密封膠固化，后經(jīng)過芯棒打磨完成高溫包膠前處理，金屬法蘭與芯棒之間采用黏結(jié)工藝，最后，硅橡膠傘群采取注射成型工藝制造。

圖2 光纖復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖

FOS型光CT產(chǎn)品所用光纖復(fù)合絕緣子技術(shù)方案雖然基于復(fù)合絕緣子制造工藝實現(xiàn)了光纖內(nèi)嵌芯棒并一體化硅橡膠注射成型，但自身存在以下技術(shù)難點：

（1）光纖作為光學(xué)器件，敷設(shè)在芯棒光纖槽內(nèi)使用密封膠進行固化封裝并達到一定硬度后，芯棒需要整體重新進行打磨處理，易造成光纖受力擠壓及彎折。

（2）光纖槽密封膠、芯棒及硅橡膠傘群三者界面處理問題復(fù)雜，區(qū)別于現(xiàn)有復(fù)合絕緣子芯棒及硅橡膠傘群黏連工藝。

（3）復(fù)合絕緣子濕熱老化導(dǎo)致密封、防護性能降低時，在高壓電場作用下更容易發(fā)生沿光纖槽發(fā)生貫穿性放電。

由于上述技術(shù)難點的存在，現(xiàn)有光纖復(fù)合絕緣子設(shè)計及制造工藝復(fù)雜。通過對現(xiàn)有光纖絕緣子技術(shù)方案的分析，并根據(jù)全光纖電流互感器光學(xué)信號傳輸?shù)膶嶋H應(yīng)用需求，提出一種光纖復(fù)合絕緣子光纖內(nèi)嵌技術(shù)，為本領(lǐng)域技術(shù)人員開展全光纖電流互感器產(chǎn)品創(chuàng)新提供了一種有效的參考。

3 空心復(fù)合絕緣子內(nèi)嵌光纖技術(shù)

3.1 空心復(fù)合絕緣子

隨著國家對特高壓電網(wǎng)建設(shè)持續(xù)投入，目前，我國110kV及以上電壓等級的輸電線路上運行的復(fù)合絕緣子已經(jīng)突破700萬支，極大地促進了復(fù)合絕緣子產(chǎn)品的應(yīng)用及技術(shù)提升。

如圖3所示，空心復(fù)合絕緣子主要由硅橡膠傘套、空心芯棒和金具法蘭構(gòu)成，其機械性能主要取決于空心芯棒的強度及空心芯棒和金具法蘭的黏連設(shè)計，金具法蘭端面設(shè)置三元乙丙密封圈安裝槽、注膠通道和光纖通道，光纖貫穿通過空心芯棒中心孔和金具法蘭光纖通道，光纖出口處進行倒圓角處理，杜絕光纖磨損風(fēng)險，金具法蘭端面安裝密封圈后并與傳感環(huán)密封腔體共同作用，可防止水汽的侵入。

圖3 光纖復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)示意圖

同時，田正波等基于特高壓復(fù)合絕緣子研制工作實踐，提出采取完善的工藝及質(zhì)量控制措施，可有效確保復(fù)合絕緣子長期穩(wěn)定運行。

3.2 保偏光纖密封、灌封技術(shù)

保偏光纖貫穿通過空心復(fù)合絕緣子，無法采用機械式固定方式，只能通過灌封方式進行固定和防護，因此，選擇合適的灌封材料和工藝方法至關(guān)重要。

目前，在電子工業(yè)中，灌封材料的選擇是多種多樣的，其中主流材料包括環(huán)氧樹脂、有機硅以及各類聚氨酯等。環(huán)氧樹脂的特點是：收縮率小，具有優(yōu)異的絕緣耐熱性，耐腐蝕性好，機械強度大，但不耐溫度沖擊，固化時會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，固化后可維修性差；聚氨酯具有彈性高、透明和硬度低等特點，對各種材料均有良好的黏接力，但是聚氨酯有毒性，會對人體健康造成危害；有機硅材料固化時不吸熱，不放熱，固化后不收縮，具有優(yōu)異的電氣特性以及化學(xué)穩(wěn)定性。

硅橡膠作為膠黏劑、絕緣灌封材料、臺面涂覆在電子儀器等方面已有大量應(yīng)用，光學(xué)儀器進行密封、灌封工藝后，可以滿足保證環(huán)境試驗后的密封性能、耐老化性能好、儀器返修時易拆卸、不易生霉變性、光學(xué)性能不降低等要求。

光纖與金具法蘭光纖通道之間的縫隙采用單組分RTV（單組分室溫硫化硅橡膠）進行密封，這種膠作為光學(xué)儀器的密封材料具有高黏度、室溫固化、卓越的耐高低溫性能（-45～200℃）、防水耐老化性能、良好的電性能、可緩沖振動降低應(yīng)力、防紫外輻射等優(yōu)異特性。金具法蘭光纖通道完成單組分RTV密封后，為灌封工藝提供密封腔體。

光纖與空心芯棒之間采用雙組分硅凝膠，雙組分硅凝膠經(jīng)過充分真空脫氣后利用高壓注膠系統(tǒng)注入密封腔體內(nèi)，并使用堵頭及密封圈將注膠通道封閉，用于保護光纖免受高壓、潮濕、機械和熱沖擊。馮傳均等對灌封中出現(xiàn)的問題進行分析并總結(jié)出相應(yīng)問題的解決辦法。

4 技術(shù)應(yīng)用的前景

通過發(fā)展特高壓電網(wǎng)實現(xiàn)清潔能源遠距離傳輸，對我國實現(xiàn)雙碳目標(biāo)至關(guān)重要。全光纖電流互感器廣泛應(yīng)用于特高壓電網(wǎng)電流采集，光纖復(fù)合絕緣子作為全光纖電流互感器重要組成部分，發(fā)揮著無法替代的作用。采用空心復(fù)合絕緣子內(nèi)嵌光纖并配套相應(yīng)的密封、灌封工藝，可有效降低光纖復(fù)合絕緣子生產(chǎn)制造難度，為光學(xué)器件廠家自主化生產(chǎn)全光纖電流互感器提供有效解決方案。

5 結(jié)語

由于芯棒預(yù)留螺旋槽內(nèi)嵌光纖工藝復(fù)雜，同時，存在光纖敷設(shè)在芯棒光纖槽內(nèi)使用密封膠進行固化封裝并達到一定硬度后，芯棒需要整體重新進行打磨處理，易造成光纖受力擠壓及彎折的問題，對光纖的可靠性及傳輸特性影響較大。為此有必要給出另一種解決方案，通過空心復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化以及密封、灌封工藝的運用，實現(xiàn)光纖復(fù)合絕緣子結(jié)構(gòu)簡單易實現(xiàn)、光學(xué)性能可靠、耐濕熱老化特性優(yōu)異、經(jīng)濟性突出等獨特優(yōu)勢。該方案為復(fù)合絕緣子廠家以及光學(xué)器件廠家提供了一種新思路和有效參考。