10 kV線路升級(jí)為20 kV線路絕緣問(wèn)題研究

王明邦,王哲斐,王 臻,陶松壘

1.上海兆邦電力器材有限公司 上海 201315 2.浙江科技學(xué)院 杭州 310023

1 研究背景

我國(guó)配電網(wǎng)中,原有10 kV裸露線路已基本改造為絕緣線路。如果采用20 kV電壓等級(jí)線路,供電能力將得到大幅提高。全面新建20 kV配電網(wǎng),需要大規(guī)模投資和較長(zhǎng)的建設(shè)周期,并且廢棄原10 kV線路,較為浪費(fèi)[1]。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有線路進(jìn)行低成本快速改造,將10 kV線路升級(jí)為20 kV線路,具有重要意義[2-3]。在10 kV線路升級(jí)為20 kV線路的過(guò)程中,絕緣是一個(gè)重要課題,筆者對(duì)此進(jìn)行研究。

2 配電線路絕緣評(píng)估

在10 kV線路升級(jí)為20 kV線路的過(guò)程中,需要依據(jù)國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),基于安全性和可靠性,對(duì)線路設(shè)施的絕緣進(jìn)行評(píng)估。在評(píng)估中,將原10 kV線路設(shè)施劃分為能夠繼續(xù)使用、不能繼續(xù)使用、修復(fù)彌補(bǔ)后能夠繼續(xù)使用三類[4]。

2.1 電桿與橫擔(dān)

目前正在運(yùn)行的10 kV絕緣線路,有很大一部分是由裸露線路改造而來(lái)的,電桿與橫擔(dān)均為原10 kV裸露線路的規(guī)格。在此基礎(chǔ)上,采用灌注型絕緣護(hù)罩將裸露部位包裹封閉在絕緣等級(jí)更高的介質(zhì)中,能夠符合20 kV線路的絕緣要求。

10 kV線路和20 kV線路電桿參數(shù)見(jiàn)表1。由表1可知,10 kV線路電桿與20 kV線路電桿的檔距、接地電阻值基本一致,因此對(duì)于20 kV線路而言,電桿可以直接沿用原有10 kV線路電桿。

2.2 絕緣子

10 kV線路和20 kV線路絕緣子參數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知,對(duì)于針式絕緣子和懸式絕緣子而言,20 kV線路絕緣子和10 kV線路絕緣子的爬距大致相等;而柱式絕緣子則不同,20 kV線路柱式絕緣子的爬距比10 kV線路柱式絕緣子大220～230 mm。因此,10 kV線路絕緣子不能沿用至20 kV線路,需要進(jìn)行校驗(yàn)、耐壓試驗(yàn),并調(diào)整爬距。

表1 配電線路電桿參數(shù)

表2 配電線路絕緣子參數(shù)

2.3 最小距離

10 kV線路和20 kV線路最小距離見(jiàn)表3。由表3可知,適當(dāng)調(diào)整10 kV線路的橫擔(dān)間距,即可滿足20 kV線路的使用要求。

2.4 導(dǎo)線與金具

如果線路的載流量相等,那么10 kV線路裸導(dǎo)線可以直接用于20 kV線路。10 kV線路和20 kV線路絕緣導(dǎo)線、金具參數(shù)見(jiàn)表4,線路中耐張線夾握著力不小于65%導(dǎo)線拉斷力。由表4可知,20 kV線路絕緣導(dǎo)線比10 kV線路絕緣導(dǎo)線厚2.1～3 mm,屏蔽層厚0.1～0.2 mm,因此10 kV線路絕緣導(dǎo)線需要進(jìn)行耐壓試驗(yàn),確認(rèn)合格后才能用于20 kV線路。10 kV線路金具和20 kV線路金具的安全因數(shù)相等,10 kV線路金具經(jīng)校驗(yàn)合格后可用于20 kV線路。

表3 配電線路最小距離

表4 配電線路絕緣導(dǎo)線與金具參數(shù)

經(jīng)耐壓試驗(yàn),聚氯乙烯材質(zhì)絕緣導(dǎo)線的絕緣層耐壓水平達(dá)到15 kV/mm,由此確認(rèn)10 kV線路絕緣導(dǎo)線能夠滿足20 kV線路的運(yùn)行要求。通過(guò)以上評(píng)估可知,10 kV線路的電桿、橫擔(dān)、絕緣導(dǎo)線和一些金具可以在20 kV線路上沿用,變壓器、絕緣子、避雷器、絕緣護(hù)罩等則不能沿用,需要更換。對(duì)于導(dǎo)線絕緣層損傷、電氣接續(xù)點(diǎn)和裸露處,進(jìn)行修復(fù)彌補(bǔ)后可以升級(jí)用于20 kV線路。

3 灌注型絕緣護(hù)罩的應(yīng)用

絕緣子、線夾、避雷器的電氣接續(xù)點(diǎn)和裸露處是線路中的耐壓薄弱點(diǎn),且絕緣子和線夾在線路中數(shù)量較多,可以通過(guò)將普通絕緣護(hù)罩更換為灌注型絕緣護(hù)罩,使電氣接續(xù)點(diǎn)封閉在絕緣等級(jí)更高的介質(zhì)中,進(jìn)而提高絕緣性能,使線路工作電壓等級(jí)提高,達(dá)到20 kV的絕緣要求。楔形耐張線夾灌注型絕緣護(hù)罩如圖1所示,柱式絕緣子灌注型絕緣護(hù)罩如圖2所示,分支線夾灌注型絕緣護(hù)罩如圖3所示。

圖1 楔形耐張線夾灌注型絕緣護(hù)罩

圖2 柱式絕緣子灌注型絕緣護(hù)罩

圖3 分支線夾灌注型絕緣護(hù)罩

楔形耐張線夾灌注型絕緣護(hù)罩由對(duì)稱的兩部分組成,安裝在楔形耐張線夾上?；谌舾蓚€(gè)扣子將兩部分緊密扣住,包裹住楔形耐張線夾絕緣子引弧電極和導(dǎo)線的裸露部分,導(dǎo)線出入口由絕緣密封墊密封。流體形態(tài)的填充物由注入口注入,填滿后由專用蓋封口。楔形耐張線夾灌注型絕緣護(hù)罩的安裝使用過(guò)程由專用工具帶電操作完成,填充物采用絕緣阻燃材料,雷擊和漏電不會(huì)對(duì)填充物產(chǎn)生影響,并且由于材料具有柔性,可避免線路晃動(dòng)時(shí)導(dǎo)線受到損傷。

柱式絕緣子灌注型絕緣護(hù)罩的安裝使用方法與楔形耐張線夾灌注型絕緣護(hù)罩基本相同。絕緣子上的裸露部分由護(hù)罩包裹,避雷器由緊固件固定在橫擔(dān)上,絕緣子引弧電極指向避雷器頂部。避雷器為智能型,底部設(shè)有信號(hào)天線。

分支線夾灌注型絕緣護(hù)罩同樣由對(duì)稱的兩部分組成,安裝在分支線夾上。在分支線夾安裝護(hù)罩的一端,導(dǎo)線出入口的絕緣密封墊內(nèi)設(shè)有信號(hào)處理發(fā)射器和雷電感應(yīng)器。

制作灌注型絕緣護(hù)罩時(shí),基于楔形耐張線夾、柱式絕緣子、分支線夾的外形和裸露部分制作模具,再將復(fù)合絕緣硅膠放入模具內(nèi)加溫壓注。復(fù)合絕緣硅膠為絕緣材料,拉伸強(qiáng)度為9.0 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為800%,抗撕裂強(qiáng)度為30 N/mm,體積電阻率為1.9×1014Ω·cm,50 Hz時(shí)介電常數(shù)為2.8,50 Hz時(shí)損耗因子為0.001 6,介電強(qiáng)度為26 kV/mm。灌注型絕緣護(hù)罩使電氣連接部位封閉在絕緣等級(jí)更高的介質(zhì)中,具有絕緣、密封、防腐、抗爬電、消弧、潤(rùn)滑、防潮等作用,可以提高整個(gè)線路的工作電壓等級(jí),并且可以防雨、防塵、防鳥(niǎo)糞,起到機(jī)械保護(hù)作用。

填充物采用由固化劑、改性劑、填料、稀釋劑制成的環(huán)氧樹(shù)脂。為使環(huán)氧樹(shù)脂快干,不流失,便于澆注,選用胺類固化劑。為提高環(huán)氧樹(shù)脂的柔性、韌性、抗剪性能、抗彎性能、耐沖擊性能,并降低成本,選用聚乙烯醇縮丁醛作為改性劑,并選用石棉纖維、云母粉、瓷粉作為填料。

4 絕緣層彌補(bǔ)加厚

在將10 kV線路升級(jí)為20 kV線路時(shí),對(duì)于導(dǎo)線絕緣層損傷、導(dǎo)線與樹(shù)或建筑物距離近等情況,需要對(duì)導(dǎo)線絕緣層進(jìn)行彌補(bǔ)加厚。絕緣層加厚機(jī)器人是損傷導(dǎo)線絕緣層進(jìn)行彌補(bǔ)加厚的專用設(shè)備,其應(yīng)用如圖4所示。

圖4 絕緣層加厚機(jī)器人的應(yīng)用

應(yīng)用絕緣層加厚機(jī)器人時(shí),絕緣層加厚機(jī)器人掛于導(dǎo)線上進(jìn)行帶電作業(yè),將絕緣膠帶纏繞至導(dǎo)線絕緣層的損傷部位,進(jìn)行包裹和加厚,使導(dǎo)線達(dá)到20 kV線路的絕緣要求。

5 結(jié)束語(yǔ)

筆者對(duì)10 kV線路升級(jí)為20 kV線路的絕緣問(wèn)題進(jìn)行了研究[4],通過(guò)評(píng)估確認(rèn)可以沿用的線路設(shè)施,并采用灌注型絕緣護(hù)罩、絕緣層加厚機(jī)器人對(duì)不能直接沿用的線路設(shè)施進(jìn)行絕緣等級(jí)提升,使線路設(shè)施滿足20 kV線路的絕緣要求。采用灌注型絕緣護(hù)罩和絕緣層加厚機(jī)器人,可以較好地解決10 kV線路升級(jí)為20 kV線路所面臨的絕緣問(wèn)題,具有投資少、效益高、速度快、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),并能降低電網(wǎng)損耗。