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套管技术回顾:当前的设计和未来的趋势

October 30, 2015 • Bushings, Weekly Article, 最近文章汇总

本文回顾了套管技术,取材于INMR过去发表的文章,也融汇了瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学 Stanislaw Gubanski教授最近撰写的文章。文中讨论了多种套管的设计, 也探讨了不断变化的市场需要和竞争因素确定的未来趋势。

套管是一种允许高电压导体穿过接地墙 壁将电压传递给变压器、开关和变电站 的装置。完成这一功能不可缺少的是满 足所有电气、热学和机械的要求。 例如,套管必须为工作于额定电压,运 行中出现周期过电压的导体提供可靠的 电气绝缘,包括内部绝缘(抗击穿)和外 部绝缘(抗闪络),甚至污秽条件下也必 须如此。 另外一个关键要求,是在包括短路和 可 能 的 地 震 力 的 情 况 下 , 提 供 支 撑 导体以及所有外部连接所需的机械强 度。而且,套管还必须具有正确的耐 热设计,以避免在额定的电流下和短 路故障时元件过热,并防止绝缘内部 出现老化现象。

快速暂态过电压对500 kV套管芯子的损伤 套管 套管技术回顾:当前的设计和未来的趋势 CHINA08s2

快速暂态过电压对500 kV套管芯子的损伤

前言 套管是成本相对低廉的部件,但却能 够确保价值高昂的资产安全运行,在 很多方面类似于绝缘子或避雷器。例 如,虽然套管的成本不足常见电力变 压器的5%,但套管故障却是灾难性 的,可以导致变压器甚至有可能其它 昂贵设备报废。 然而,与内部不存在任何潜在爆炸介 质的绝缘子不同,有些类型的套管不 仅会对变电站及其工作人员而且还会 对周围社区的安全构成威胁。例如:二十世纪8 0年代在新西兰的一个变 电站内,一个110kV的油浸纸套管发 生了灾难性的故障,爆炸如此猛烈, 陶瓷碎片以及油团落入了附近居民区 的家里。 幸运的是,像这样的巨大事件是很少 见的。事实上,在任何现代的电网中, 套管是一般被列为最可靠部件之列 的“主力军”。

新西兰这座变电站发生的套管爆炸事件 中,陶瓷碎片穿透了附近家庭的屋顶 套管 套管技术回顾:当前的设计和未来的趋势 newzeland

新西兰这座变电站发生的套管爆炸事件
中,陶瓷碎片穿透了附近家庭的屋顶

套管设计的基本原理比较简单。它由 机械固定到接地屏的、周围围绕固体箔片被插入到不同的纸层之间。那么, 选用屏蔽的合适半径和长度可以达到 所需要的串联电容值。 在直流套管的情况下,电场分布的最佳 电阻控制,通常是在电极附近用半导电 层覆盖关键区域,目的是通过增加从接 地电极算起的距离来增加电阻。

油浸纸瓷套管的典型故障模式 套管 套管技术回顾:当前的设计和未来的趋势

油浸纸瓷套管的典型故障模式

可供选择的套管技术 较高系统电压的套管中,全世界目前正 在使用的主要绝缘系统类型有三种:

绝缘圆柱体的圆柱导体组成。然而,这 种结构内部的电场分布,其轴向和径 向分量都极不均匀。最高的应力集中 出现在接地壁、绝缘圆柱以及套管本 体外的气体或液体介质之间的三重结 合处。这种密集在局部的应力能够触 发局部放电。

这些放电通常被称为“滑闪放电”,这是 因为它们和套管内部的导体有强烈的 电容耦合,因此沿着绝缘圆柱的表面进 行放电,导致沿着套管出现电痕,甚至 引起闪络。

当绝缘的单位电容(在厚度方向上)比 较大时,容易引起滑闪放电及其随后的 发展。因此,该参数决定了放电起始和 发展的电压水平(实际上等于闪络电 压)。它与其它放电形式不同之处就在 于,其它放电的典型控制参数是电极之 间的距离。

出于上述考虑,增加套管闪络耐电压的 最佳方法是改善其表面的电场分布。虽 然可以用很多方法达到这个目的,但在 较高的电压等级下,最有效的方法是交 流通过电容控制,直流通过电阻控制。

电容控制的基础是把金属屏插入套管的 固体绝缘中,实质上形成了一个其大小与 它们的几何排列有关的串联的电容系统。 也许最频繁使用和有效的解决方案是使 串联的电容保持在同一水平。使用这个方 法对改进电场分布的影响见图一。 在套管制造期间插入金属屏蔽难度大, 尽管现代的电容器芯子缠绕设备已经提 高了自动化程度,但有时仍然是劳动密 集型操作。如果是纸质绝缘套管,金属 领军制造商进行了一系列精益求精的改进,使油浸纸 绝缘套管一直保持着显著的市场优势 现代化的油浸纸套管生产自动化日益 提高。 箔片被插入到不同的纸层之间。那么, 选用屏蔽的合适半径和长度可以达到 所需要的串联电容值。 在直流套管的情况下,电场分布的最佳 电阻控制,通常是在电极附近用半导电 层覆盖关键区域,目的是通过增加从接 地电极算起的距离来增加电阻。 可供选择的套管技术 较高系统电压的套管中,全世界目前正 在使用的主要绝缘系统类型有三种: 油浸 纸(OIP),树脂粘结纸(RBP)和树 脂浸渍纸(RIP)。不带有任何油的新系 统目前也已经开发出来,用于较低的输 电电压。

油浸纸套管

因为变电站变压器的主绝缘传统上一直 以油浸纸为基础,相同的绝缘原理一直 延续,并且成为了最常用的套管制造技 术。事实上,全球每四个安装了套管的 电力变压器中,至少三个采用了油浸纸 设计。在某些大的市场中,例如中国和美 国,这种比例也许更高。对于任何如此 长期存在的技术而言,这个事实绝不是 一个小的成就,特别是考虑到数年来在 电力系统部件方面取得了长足的进步。 一些领军制造商进行了多种精益求精的 改进,使油浸纸绝缘套管多年来一直保持着强大的市场优势。这些改进使 这个技术对间接套管客户(即变压器 原始设备制造商)和终端用户都一 直具有吸引力,尽管他们的需要和 需求在不断变化。

现代化的油浸纸套管生产自动化日益 提高 套管 套管技术回顾:当前的设计和未来的趋势

现代化的油浸纸套管生产自动化日益
提高

例如,十多年来,供货商在努力实 现,在他们销售的所有油浸纸瓷套 管上提供标准化的大爬电瓷绝缘 子。目标是,允许同样的套 管设计应 用于多种运行环境,据此来减少终 端用户对储存多种款式替换备件的 需要。更重要的是,这能够使套管 制造商不间断供货并有现货,减少 成本和生产周期。

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