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安全仍是关键
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安全仍是关键

January 21, 2016 • Columns, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

如今设备用复合空心绝缘子越来越被视作瓷的天 然替代物,尤其是在高压设备中的应用。这种趋 势在很大程度上反映了一个事实,即这种绝缘子的规格 尺寸超出了少数瓷制造商的生产范围,这就意味着市场 上价格过高以及相对较长的交货期。 另一个在技术方面推动这一转换的基本原理是由于减 少爬电的可能性,尤其是在设计要求很苛刻的绝缘子 时 ,例 如 特 高 压( U H V )和 严 重 污 秽 地 区 。由 于 复 合 外 套是由憎水性高温硫化混炼硅橡胶(HTV)或者液态 硅 橡 胶( L S R )制 成 ,因 此 在 污 秽 环 境 下 具 有 优 越 的 性 能,仅需要少量的维护或者不需要维护。事实上,相比 瓷外套,很多运营超高压或特高压输电线路的电力公司 现在已经认为复合外套能使爬电现象可以减少。根据 IEC60815第三部分的计算,当使用高憎水性恢复率的硅 橡胶时减少的爬电高达25%。 但是上述因素忽略了使用复合外套最基本的动机,即复 合外套固有的安全性。下面的情况每年都大量的发生: 昂贵材料的损坏,甚至是灾难性的设备故障的损坏,如
内部电弧、爆炸、短路、母线绝缘支撑的移位、地震或 其他意外的机械应力所引起的损伤。故意破坏和污秽所 造成的闪络仅仅增加了突发的工频电弧和变电站瓷外 套损坏的风险。 事实上,我最早接触复合空心绝缘子的技术与前德国公 司Messwandler-Bau生产的所谓“防爆”设备有关。在 他们的参考清单中,电流和电压互感器采用的是复合外 套,这在20世纪80年代中期具有非常重要的意义,当时 无法提供高质量的绝缘子,因为在这类设备上使用瓷材 料不能胜任“防爆”的要求。 为了获得有效的防爆功能,设备的复合外套所必需的基 本要求就是玻璃钢(FRP)管和终端金具的组装。现行 的标准对受压外套的要求有非常严格的测试项目,例如 包括部分放电和10bar例行试验在内的联合压力测试。 在使用气体绝缘的电流互感器和电压互感器中,则不需 要内衬,因为在SF6内不存在电弧,否则就有可能产生副 产品并损坏管道的玻璃纤维。保证防爆外套的任务就落 在环氧管的特殊构造上,即缠绕角度、厚度、树脂与玻璃的比率以及终端金具的粘合方式。
对于地震,设备的复合外套提供了一种瓷无法比拟的性能水 平。尽管某些复杂设计的瓷外套可以在地震中不至于损坏,但 是由于其厚度可能会很重,而且价格也很高。 同时,必须强调的是复合空心绝缘子在地震中优越的机械电气 承受能力并不是普遍的。这就要求制造商对一些因素有足够的 了解,例如3个轴向的振幅、持续时间、每秒周期数和受影响设 备的固有频率、所产生的挠矩和允许的挠度。(IEEE文件693对 评估地震多发地区使用的设备提供了优秀的指导方针和测试技 术)。的确,这种用途的外套必须进行特殊设计。例如,密封装 置必须确保在模拟地震的振动台上进行测试后不会发生油气 泄露。 在设备上使用复合绝缘子以确保其最大的安全性方面会给供应 商带来额外的负担。在使用高压隔离开关的情况下,对于垂直 或水平方向的断开装置,环氧管设计者需要考虑到线路端有限 的允许错位。因此刚度应当增加,但不应当以底部金具弯矩变 大或重量大幅增长为代价。 为了确保在断路器上应用的安全性,复合空心绝缘子的设计应 当可以承受SF6隔离室内可能发生的电弧放电以及终端法兰和
导线的高温。在外壳接地断路器发生电弧放电时,设计师必须 嵌入非玻璃纤维内衬来密封易损坏的玻璃-树脂以防止SF6的 副产品造成损害。同时,用于这类短路装置的复合环氧管(例如 支架和隔离室外套)均需更大的刚性以维持灭弧室和外部间隙 中电极的准确。 外壳接地断路器需要考虑更多的参数以确保复合绝缘子具有 高度安全性。高强度电流的电极可能产生足够的热量导致法兰 与环氧管结合部位的温度升至摄氏100度以上。另外,内部所产 生的气压足够引起这种重要的结合部位的粘合失效。 幸运的是,有些测试可以验证复合外套设计是否能承受热和压 力的联合循环。这方面的临界因素包括环氧管的玻璃化转变温 度、高温下法兰与环氧管的结合部位的爆破压力和机械强度。 总之,可以说复合空心绝缘子的应用显著地提高了变电站的安 全性。然而,终端用户应当意识到,对于不同的环氧管设计、金 具的粘合方式、材料的选择没有通用的解决方法。最终选择的 绝缘子设计要求设备制造商了解使用环境、相应的机械应力和 温度应力以及在运行条件下所选择的现场经验。
Richard Martin

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