高壓開關(guān)設(shè)備用固體絕緣材料綜述

張養(yǎng)庫(kù)，杜超云，史明，王戰(zhàn)強(qiáng)

（西安西電電工材料有限責(zé)任公司，西安 710082）

引言

高壓開關(guān)設(shè)備使用的環(huán)氧熱固性絕緣材料是伴隨著開關(guān)設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。開關(guān)設(shè)備從10 kV油開關(guān)發(fā)展到1100 kV SF6開關(guān)，與之配套的固體絕緣材料從酚醛紙質(zhì)層壓材料、酚醛棉布層壓材料、環(huán)氧酚醛層壓玻璃布板(管、棒)材料發(fā)展到滿足SF6高壓、超高壓開關(guān)設(shè)備使用的真空壓力環(huán)氧玻璃布浸膠管(板)、真空壓力浸膠環(huán)氧玻璃紗棒、真空壓力環(huán)氧澆注絕緣制品及真空壓力凝膠注射成型絕緣制品。

1 開關(guān)設(shè)備用固體絕緣材料的發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代末，以西電西開電氣為龍頭的幾家開關(guān)設(shè)備制造企業(yè)紛紛引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的SF6高壓開關(guān)設(shè)備制造技術(shù)，受當(dāng)時(shí)各方面的政策限制，引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的SF6高壓開關(guān)中的絕緣拉桿及關(guān)鍵絕緣件需從日本、德國(guó)、瑞士等國(guó)進(jìn)口，各開關(guān)設(shè)備生產(chǎn)廠家又從德國(guó)進(jìn)口了環(huán)氧澆注生產(chǎn)設(shè)備，自己生產(chǎn)環(huán)氧澆注絕緣件。西電西材近年來(lái)采用自主研發(fā)的絕緣管與金屬接頭連接處采用表面無(wú)絲扣粘接的專利技術(shù)，為國(guó)內(nèi)一些中小型開關(guān)企業(yè)提供PASS開關(guān)用真空壓力浸膠成品。同時(shí)積極加快特高壓進(jìn)口產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化替代進(jìn)程，500 kV～800 kV GIS組合電氣封閉開關(guān)用絕緣拉桿及絕緣扭桿已完成用戶裝機(jī)驗(yàn)收試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)批量供貨。1100 kV GIS組合電氣封閉開關(guān)用絕緣拉桿、絕緣扭桿亦研發(fā)成功。

2 開關(guān)設(shè)備用環(huán)氧絕緣材料

2.1 開關(guān)設(shè)備用環(huán)氧樹脂固體絕緣材料的生產(chǎn)工藝

開關(guān)設(shè)備中使用的環(huán)氧樹脂絕緣材料及絕緣制品是以纖維織物作補(bǔ)強(qiáng)材料或以粉體作補(bǔ)強(qiáng)材料的兩大類絕緣材料及絕緣制品，其粘合劑均為環(huán)氧樹脂與固化劑及其他添加劑混合而成的膠黏劑，膠黏劑通過不同的制造工藝與補(bǔ)強(qiáng)材料粘合。用纖維織物作為補(bǔ)強(qiáng)材料，先制成絕緣型材，通過二次加工制成開關(guān)設(shè)備中需要的絕緣制品；用粉體作為補(bǔ)強(qiáng)材料，通過相應(yīng)的制造工藝及模具直接澆注成開關(guān)設(shè)備所需的絕緣制品。

保證真空壓力環(huán)氧浸膠制品質(zhì)量的關(guān)鍵在于纖維織物的浸透性要好，環(huán)氧樹脂膠黏劑在低溫下穩(wěn)定性好，高溫下黏度低，熱失重小，粘合強(qiáng)度高。同時(shí)通過將纖維織物（如玻璃纖維布、聚酯纖維布、芳綸纖維布、玄武巖纖維布等）材料整齊平鋪堆積到密封模具中，在真空壓力下浸漬環(huán)氧樹脂膠黏劑，固化而成真空環(huán)氧浸膠絕緣板，經(jīng)二次機(jī)加工制成開關(guān)的板狀絕緣拉桿、聯(lián)板、支撐板、螺桿、螺栓固定件等絕緣結(jié)構(gòu)件。

2.2 SF6開關(guān)設(shè)備對(duì)固體絕緣材料及絕緣件的技術(shù)要求

絕緣拉桿是瓷柱式、罐式、GIS、HGIS開關(guān)設(shè)備中通用型絕緣零件。其他絕緣零件有瓷柱式開關(guān)中的電阻絕緣管、罐式開關(guān)中的電容器絕緣管；罐式、GIS、HGIS開關(guān)設(shè)備中的絕緣支持筒、絕緣支持臺(tái)和通孔、不通孔盆式絕緣子。開關(guān)設(shè)備投入電網(wǎng)運(yùn)行后，絕緣件質(zhì)量可靠性必須100%，SF6開關(guān)設(shè)備要求投入運(yùn)行后不得出現(xiàn)任何質(zhì)量問題，即保證絕緣件裝配前各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)合格，裝機(jī)后要隨機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行30年不得更換。因此，根據(jù)絕緣件類型及使用部位，對(duì)絕緣件提出了相應(yīng)的技術(shù)要求和規(guī)定，主要的技術(shù)要求和規(guī)定如下。

（1）機(jī)械強(qiáng)度。絕緣拉桿及其他受力絕緣結(jié)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度等應(yīng)達(dá)到相應(yīng)零件的要求。

（2）電性能。絕緣拉桿及其他絕緣結(jié)構(gòu)件應(yīng)能耐受相應(yīng)電壓等級(jí)的工頻耐受電壓，在1.1倍相電壓下測(cè)局放值≤3 PC，相應(yīng)電壓等級(jí)還應(yīng)能耐受相應(yīng)的雷電沖擊電壓。

（3）耐化學(xué)性能。絕緣拉桿及其他絕緣結(jié)構(gòu)件用絕緣材料本身應(yīng)具有耐酸、堿，耐各種化學(xué)藥物的腐蝕，裝入SF6開關(guān)中的絕緣件能耐受開關(guān)在開斷后SF6分解物的腐蝕。

（4）耐氣候性。開關(guān)設(shè)備中的關(guān)鍵絕緣件在規(guī)定氣候條件下服役期間應(yīng)無(wú)裂紋、開裂，表面無(wú)異常。

（5）除上述要求外，環(huán)氧澆注絕緣件還需水壓、氣體泄漏、X射線探傷檢測(cè)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)泄漏、內(nèi)部無(wú)氣隙、裂紋等異常現(xiàn)象。

（6）凡是絕緣拉桿類零件，在應(yīng)用于產(chǎn)品之前必須通過10 000次隨機(jī)壽命試驗(yàn)而不被損傷，否則不得應(yīng)用于開關(guān)設(shè)備。

2.3 SF6開關(guān)設(shè)備用固體絕緣材料制品的制造水平及性能比較

20世紀(jì)80年代中期，國(guó)內(nèi)大型開關(guān)設(shè)備制造企業(yè)引進(jìn)SF6開關(guān)設(shè)備制造技術(shù)，配套開關(guān)設(shè)備中的關(guān)鍵絕緣零件——絕緣拉桿都是從瑞士AXLCD公司或德國(guó)ISOLA公司進(jìn)口，進(jìn)口的絕緣拉桿中的補(bǔ)強(qiáng)材料都是聚芳纖維，采用干法纏繞后裝入浸膠大罐進(jìn)行真空壓力環(huán)氧樹脂浸膠成型，再經(jīng)二次加工制成絕緣拉桿，制品的機(jī)械、電氣性能均達(dá)到了需方要求。

SF6開關(guān)設(shè)備中使用的兩大類絕緣制品質(zhì)量早已趕上進(jìn)口絕緣件，個(gè)別性能還優(yōu)于進(jìn)口絕緣件，例如用真空壓力浸膠管制成的絕緣拉桿破壞拉力實(shí)測(cè)值高于同種進(jìn)口絕緣拉桿的實(shí)測(cè)值；環(huán)氧澆注成型的盆式絕緣子水壓試驗(yàn)實(shí)測(cè)值也高于進(jìn)口同種產(chǎn)品的實(shí)測(cè)值。但自制絕緣件外觀精細(xì)程度、成品包裝比進(jìn)口絕緣件遜色。

真空壓力環(huán)氧浸膠制品制造工藝技術(shù)起源于西材公司，經(jīng)歷了油開關(guān)時(shí)代，發(fā)展到SF6開關(guān)時(shí)代。制品用于SF6瓷柱式、罐式、GIS、HGIS開關(guān)設(shè)備中的絕緣拉桿及其他絕緣結(jié)構(gòu)件。在發(fā)展過程中，我國(guó)自主研發(fā)出了真空壓力浸膠玻璃紗棒，填補(bǔ)了真空壓力浸膠材料(即無(wú)氣隙材料)制品的空白，結(jié)束了采用真空壓力浸膠板經(jīng)后續(xù)加工成真空壓力浸膠棒的歷史。與真空壓力環(huán)氧浸膠制品相比，真空浸膠玻璃紗棒的材料利用率提高了40%。真空壓力浸膠管與真空壓力浸膠紗棒性能列于表1。

表1 環(huán)氧樹脂真空壓力浸膠板、真空壓力浸膠玻璃紗棒性能

西開電氣、平高電氣、新東北電氣、思源電氣、泰開電氣等大中型開關(guān)制造商相繼建起了自己的配套環(huán)氧澆注生產(chǎn)線。西電西材作為絕緣材料專業(yè)生產(chǎn)廠家，也建立了專門的澆注生產(chǎn)線，經(jīng)30多年的研發(fā)、創(chuàng)新，所生產(chǎn)的126 kV～1100 kV盆式絕緣子、絕緣法蘭、絕緣拉桿、絕緣支持件、絕緣筒臺(tái)、絕緣板等產(chǎn)品廣泛用于國(guó)內(nèi)中大型高壓開關(guān)制造廠家，而且550 kV～1100 kV盆式絕緣子水壓實(shí)測(cè)值高于進(jìn)口的同種盆式絕緣子，其他結(jié)構(gòu)的絕緣支持筒、絕緣支持臺(tái)等澆注絕緣件的力學(xué)、電氣性能均達(dá)到或高于相應(yīng)的技術(shù)要求。環(huán)氧澆注絕緣件的主要技術(shù)性能見表2。

表2 環(huán)氧澆注絕緣件主要技術(shù)性能

3 結(jié)束語(yǔ)

提高絕緣件質(zhì)量，讓開關(guān)用戶放心使用國(guó)產(chǎn)絕緣拉桿及其他絕緣結(jié)構(gòu)件，是絕緣材料、絕緣制品制造企業(yè)貫穿始終的宗旨。盡管國(guó)產(chǎn)絕緣拉桿的內(nèi)在質(zhì)量、試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)比進(jìn)口同種絕緣拉桿實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)高，但多年來(lái)習(xí)慣使用進(jìn)口絕緣拉桿的開關(guān)的企業(yè)總是對(duì)國(guó)產(chǎn)絕緣拉桿存有疑慮。究其原因，國(guó)產(chǎn)絕緣件整體質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性較差。只有進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)絕緣件整體質(zhì)量的一致性，持續(xù)提高絕緣拉桿制造技術(shù)的穩(wěn)定性，贏得開關(guān)用戶的信任，才能讓開關(guān)用戶放心使用國(guó)產(chǎn)絕緣拉桿。