本文敘述了新型熱縮材料的概念及種類、性能特點(diǎn)以及應(yīng)用情況, 提出了變電站實(shí)施絕緣防護(hù)應(yīng)注意的問題, 分析了今后應(yīng)用前景, 指出選用高質(zhì)量的熱縮管熱縮材料將能明顯提高變電站的絕緣防護(hù)水平。

近年來, 隨著工業(yè)的發(fā)展, 環(huán)境污染日益嚴(yán)重,變電站的絕緣防護(hù)特別是老舊變電站的絕緣防護(hù)日顯重要。變電站中污閃、凝露閃絡(luò)、覆冰跳閘、小動(dòng)物短路、裸母排造成的人身傷亡事故時(shí)有發(fā)生。熱縮材料用于變電站的綜合絕緣防護(hù)可減少該類事故的發(fā)生, 提高供電系統(tǒng)的可靠性, 對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

1、熱縮材料的概念及種類

熱縮材料又稱為高分子形狀記憶材料, 結(jié)晶的高分子材料經(jīng)高能射線處理或化學(xué)引發(fā)劑處理后,高分子鏈間產(chǎn)生新聯(lián)結(jié)鍵, 形成交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)高分子, 該材料在一定溫度范圍內(nèi)施加外力可以拉伸或擴(kuò)張, 當(dāng)迅速降溫時(shí)可維持形變后的狀態(tài), 這樣就制成了熱收縮材料, 材料經(jīng)擴(kuò)張形變后, 只要將溫度達(dá)到熔點(diǎn)以上, 形變很快便消除, 并恢復(fù)到原來狀態(tài), 這就是交聯(lián)高分子的“記憶效應(yīng)”。

用熱縮材料進(jìn)行絕緣防護(hù), 就是用經(jīng)輻射交聯(lián)后具有記憶效應(yīng)的熱收縮絕緣材料制成的管材或帶材包裹在裸露的導(dǎo)電母線上, 再用加熱手段, 使之與導(dǎo)電母排緊密結(jié)合, 牢固附著在導(dǎo)體表面, 達(dá)到帶電體被絕緣包裹的目的。

用于變電站的熱縮材料主要有母排絕緣熱縮套管 (M PG)、復(fù)合絕緣包覆帶 (FJRD )、絕緣防護(hù)罩、電纜終端頭以及爬距增長(zhǎng)器等。M PG 用于變電站匯流母線排的絕緣防護(hù); FJRD 由熱縮層和低熔點(diǎn)高聚物的粘接層組成, 在加熱時(shí), 外層收縮、內(nèi)層熔融,使被防護(hù)帶電體實(shí)現(xiàn)密封、絕緣一體化, 用于老變電站相間距不足、污閃及覆冰嚴(yán)重又不易實(shí)施絕緣處理的地方; 絕緣防護(hù)盒用于連接處的絕緣防護(hù), 以及柜上隔離開關(guān)、油斷路器等特殊點(diǎn)防護(hù); 電纜終端頭性能優(yōu)越, 安裝簡(jiǎn)便快捷, 不需要專用設(shè)備和技術(shù),成為電力電纜附件的最新發(fā)展方向; 爬距增長(zhǎng)器用于解決污穢閃絡(luò)問題, 一般說來, 只要在原支柱絕緣子或瓷瓶上熱縮相應(yīng)尺寸的傘裙即可。

2　技術(shù)性能分析
 

2. 1　熱縮材料的技術(shù)參數(shù)

變電站用熱縮材料的擊穿強(qiáng)度、工頻耐壓、雷電沖擊和動(dòng)熱穩(wěn)定參數(shù)見表1。

注: 數(shù)據(jù)取自西安高壓電器研究所測(cè)試報(bào)告(93) 2200, (94) 2188
 

為進(jìn)一步驗(yàn)證熱縮絕緣材料的絕緣性能, 進(jìn)行了2種試驗(yàn): ①對(duì)采用熱縮絕緣防護(hù)的湖東變電站一段長(zhǎng)600mm 的母排進(jìn)行了護(hù)套管的絕緣水平測(cè)試;②進(jìn)行了距離為125mm 的相間絕緣水平測(cè)試, 試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

2. 2　母排溫升試驗(yàn)
 

某高壓電器研究所對(duì)采用了熱縮材料的開關(guān)柜進(jìn)行溫升試驗(yàn)表明: 在用MPG 和 FJRD 包裹匯流母排后, 在測(cè)溫點(diǎn)相同的條件下, 基本不影響溫升。因此, 熱縮材料對(duì)變電站母排的絕緣防護(hù)不會(huì)降低母排的載流量。

為驗(yàn)證這一點(diǎn), 對(duì)變電站一段母排熱縮絕緣包扎前后進(jìn)行了測(cè)溫 (用3M 紅外線測(cè)溫儀) , 選ABC 三相相同部位各3點(diǎn)測(cè)量, 結(jié)果見表3。

從表中可看出, 包扎熱縮材料后溫升反而降低,運(yùn)行人員跟蹤測(cè)溫, 也未發(fā)現(xiàn)異常溫升, 分析認(rèn)為熱縮材料比空氣導(dǎo)熱系數(shù)大, 有利于散熱; 另外覆蓋熱縮材料后, 散熱面積增加, 也有利于散熱。

2. 3　熱縮材料的阻燃性能

電力設(shè)備絕緣材料均要求阻燃, 熱縮材料以橡塑共混高聚物為主體, 添加性能優(yōu)異的阻燃劑, 其氧指數(shù)為32, 具有很好的離火自熄性, 可滿足電力系統(tǒng)的阻燃要求。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明, 試品960 ℃著火試驗(yàn)不燃燒。

2. 4　熱縮材料的耐老化性能

根據(jù)熱縮原理, 熱收縮從微觀本質(zhì)上講來源于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)結(jié)構(gòu), 正是由于這種原因, 熱縮材料的抗老化性能優(yōu)于其它絕緣材料。上海電纜研究所對(duì)熱縮材料所做的加速老化實(shí)驗(yàn)表明, 該材料熱老化壽命可達(dá)20 a, 某公司在電力系統(tǒng)使用的熱縮終端頭已安全運(yùn)行13a, 在人造衛(wèi)星上應(yīng)用的熱縮材料至今已正常運(yùn)行21a。

2. 5　熱縮材料的耐溫性能

由于熱縮材料具有特殊的微觀本質(zhì), 該材料經(jīng)158 ℃±2 ℃ 168 h 熱老化試驗(yàn), 性能無大變化 (對(duì)變電站專用系列熱縮材料而言)。一般說來, 變電站母排的極限工作溫度為70 ℃。因此, 可以滿足變電站運(yùn)行對(duì)其耐溫特性的要求。

3　應(yīng)用情況

上面闡述了熱縮材料的電氣及物理化學(xué)特性,這種新型材料應(yīng)用于變電站絕緣防護(hù)可以解決許多實(shí)際問題。

(1) 有效預(yù)防小動(dòng)物短路故障

長(zhǎng)期以來, 變電站中小動(dòng)物短路故障和異物搭接引發(fā)的電氣事故一直困擾著供電系統(tǒng)的技術(shù)人員。若高壓開關(guān)室門窗關(guān)閉不嚴(yán), 或電纜溝孔洞沒封堵好, 就很容易使老鼠或小動(dòng)物進(jìn)入高壓開關(guān)室串到帶電的設(shè)備上。10 kV 開關(guān)柜尺寸小, 常因小動(dòng)物或單相接地造成電弧在熱和電磁力的作用下電弧拉長(zhǎng)而波及鄰相, 造成相間短路故障。

為了防止小動(dòng)物短路, 變電站運(yùn)行人員采取了一些如施放鼠藥、鼠籠、開關(guān)室加裝網(wǎng)門、電纜孔洞用有機(jī)或無機(jī)堵料封堵、裸露母排上涂絕緣漆等措施, 但效果均不夠理想。仍有不為人知的小動(dòng)物進(jìn)入配電室通道, 這就極有可能因小動(dòng)物接近或直接接觸柜內(nèi)裸露帶電體而造成相對(duì)地或相間短路。而絕緣漆時(shí)間長(zhǎng)久后常發(fā)生裂紋, 性能降低。

對(duì)變電站的開關(guān)柜及匯流母排實(shí)施熱縮絕緣防護(hù)后, 使帶電導(dǎo)體具有了良好的絕緣性能, 即使有小動(dòng)物進(jìn)入變電站, 也不會(huì)造成跳閘或燃燒。使用熱縮材料絕緣后, 10 kV 開關(guān)柜母排電氣距離可由125mm 降到6mm , 使開關(guān)柜尺寸大大縮小, 降低了開關(guān)柜成本, 減小了占地面積和土建投資。

(2) 防止污閃、凝露閃絡(luò)、覆冰等跳閘事故

由于大氣污染的日益嚴(yán)重, 愈來愈多的變電站污穢等級(jí)提高、老變電站故障增加。對(duì)主母線及柜內(nèi)分支母線實(shí)施絕緣防護(hù)和給支柱絕緣子增加爬距增長(zhǎng)器是老變電站改造的有效措施。由于水電站相對(duì)濕度較大, 變電系統(tǒng)存在著因凝露閃絡(luò)而跳閘的可能性。同樣用這種方法, 對(duì)220 kV 北郊變電站、東郊變、110 kV 鰲峰洲變等進(jìn)行了改造, 收到了良好效果。

(3) 有效防止人身傷亡事故

在老式變電站中, 由于開關(guān)柜母排和匯流排均無絕緣防護(hù), 曾發(fā)生過檢修人員被帶電體傷害事故。用熱縮材料對(duì)變電站主母線、分支母線及接頭部分實(shí)施絕緣防護(hù)可防止這種危險(xiǎn)。

(4) 防止鹽霧及有害化學(xué)氣體對(duì)母線的腐蝕沿海地帶的鹽霧及重工業(yè)區(qū)的工業(yè)廢氣對(duì)匯流母線有腐蝕作用。除了降低母排載流量還極易產(chǎn)生污穢導(dǎo)電通道, 從而導(dǎo)致污閃。熱縮材料具有極好的耐酸堿性, 可有效地解決這一問題。

(5) 用爬距增長(zhǎng)器增加支柱絕緣子爬距變電站戶外電氣裝置上的絕緣子及戶內(nèi)匯流母排支柱絕緣子常常因污穢嚴(yán)重致使爬距不足而引起污閃。對(duì)此只需將熱縮型爬距增長(zhǎng)器加于某一瓷裙即可解決問題。東北電力科學(xué)研究院對(duì)采用了熱縮爬距增長(zhǎng)器的110 kV 絕緣子的測(cè)試結(jié)果見表4。

4　應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

(1) 根據(jù)不同的變電設(shè)施選用不同的熱縮材料。

對(duì)裸露母排, 可選用母排絕緣套管 (M PG) , 也可用復(fù)合絕緣熱縮帶(FJRD ) 纏繞。前者必須拆卸母排, 施工難度較大, 所需時(shí)間長(zhǎng), 但處理后美觀、光澤度高; 后者不必拆母排, 施工較容易, 時(shí)間短。用戶可根據(jù)實(shí)際情況選用。如新建變電站未投運(yùn)、時(shí)間寬裕可采用M PG 方式, 老站改造停電時(shí)間有限可考慮采用 FJRD 方式。

母排接頭處或與套管連接處(如穿墻套管、主變低壓側(cè)套管) 可采用絕緣接頭防護(hù)盒。由于接頭聯(lián)結(jié)處常常需要卸裝, 采用絕緣防護(hù)盒可靈活打開、合上, 便于檢修, 不要用絕緣套管或熱縮帶固定死。用戶須事先與廠商聯(lián)系, 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況預(yù)制各種形狀的絕緣防護(hù)接頭盒( I 型、J 型、T 型等)。

對(duì)外型特殊、不經(jīng)常拆卸的帶電體應(yīng)采用熱縮帶(FJRD ) 實(shí)施絕緣處理。

(2) 關(guān)于加熱處理

絕緣套管或熱縮帶只有通過加熱處理才能收縮于帶電體表面, 因此, 加熱處理工藝不僅關(guān)系到材料的壽命, 而且關(guān)系到安全性。加熱處理應(yīng)注意以下幾點(diǎn): ①外觀　加熱后應(yīng)光滑均勻, 收縮后壁厚不超過3mm 以下。②熱收縮性　無論采用套管還是熱縮帶, 均應(yīng)保證收縮到位, 中間不殘留氣隙, 否則會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱影響壽命, 尤其是彎角處應(yīng)仔細(xì)處理才能保證到位。③聯(lián)結(jié)處理　熱縮套管(長(zhǎng)1m ) 或熱縮帶連接處的處理至關(guān)重要, 聯(lián)結(jié)處加熱時(shí)間必須足夠長(zhǎng)才能保證其熱收縮性和平穩(wěn)過渡, 從而保證前后兩段和聯(lián)結(jié)處的電氣性能一致。

(3) 留余母排帶電體驗(yàn)電位置

對(duì)母線以及開關(guān)前后母排必須留出驗(yàn)電接地位置, 以便檢修時(shí)驗(yàn)電接地用。必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際選擇ABC 三相的驗(yàn)電位置。A、B、C 三相位置應(yīng)呈三角形, 不應(yīng)呈一字形, 以增加三相裸露帶電體的距離防止小動(dòng)物短路; 另外, 應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離支持絕緣子, 以防帶電體對(duì)瓷瓶閃絡(luò), 見圖1。

(4) 關(guān)于爬距增長(zhǎng)器

對(duì)支持瓷瓶加裝防污增爬裙時(shí), 必須首先對(duì)瓷瓶進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)致的清潔處理, 然后加裝爬距增長(zhǎng)器,如圖2所示, 在A 處用502膠粘上, 聯(lián)結(jié)處的處理將直接影響使用效果。理想情況應(yīng)是聯(lián)結(jié)處平整光滑,沒有凹凸不平。如果聯(lián)接處不平滑, 長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)吹雨淋必將在其周圍殘留灰塵, 這樣不僅沒有增加爬距,反而增加了污閃隱患, 因此, 施工中必須嚴(yán)格把關(guān)。

(5) 其他注意事項(xiàng)

對(duì)于實(shí)施熱縮絕緣防護(hù)的變電設(shè)施, 除驗(yàn)電處外, 其他帶電體裸露部分應(yīng)全部用熱縮套管或熱縮帶進(jìn)行防護(hù), 不能留死角。如主變低壓套管處以前未進(jìn)行絕緣防護(hù), 最近采用異型防護(hù)盒進(jìn)行絕緣防護(hù),有效地防止了小動(dòng)物引起主變近距離短路。另外, 對(duì)拆卸母排進(jìn)行絕緣防護(hù)的, 恢復(fù)原接線方式后必須保證聯(lián)結(jié)處固定牢固, 以防因螺栓不緊而造成聯(lián)結(jié)處發(fā)熱。

5　應(yīng)用前景

對(duì)1臺(tái)10 kV 的開關(guān)柜實(shí)施熱縮絕緣防護(hù)投資約8000元 (包括柜內(nèi)及柜頂) , 1個(gè)110 kV 變電站以30臺(tái)柜計(jì), 投資約24萬元。而小動(dòng)物短路或污閃事故造成的損失, 遠(yuǎn)大于此類投資。

熱縮材料在變電站的應(yīng)用領(lǐng)域還可進(jìn)一步拓展。

(1) 在手車開關(guān)柜中的應(yīng)用。

近年來, 常常發(fā)現(xiàn)手車開關(guān)發(fā)生爆炸, 分析原因發(fā)現(xiàn)手車開關(guān)絕緣檔板開孔直徑為200mm , 而手車直臂尺寸為80mm ×8mm , 頻繁操作后位置經(jīng)常發(fā)生變化, 造成帶電體對(duì)絕緣檔板放電, 進(jìn)一步發(fā)展到閃絡(luò)事故。因此, 如果將熱縮材料應(yīng)用于無人值守變電站的手車開關(guān), 對(duì)其直臂進(jìn)行熱縮絕緣防護(hù), 則會(huì)收到良好效果。

(2) 對(duì)帶電導(dǎo)線局部實(shí)施絕緣防護(hù)。

熱縮材料應(yīng)用于局部架空裸導(dǎo)線, 如10kV 配網(wǎng)架空線, 則可防止異物搭接。對(duì)于變電站的進(jìn)線,如110 kV 進(jìn)線, 為防止異物搭接及導(dǎo)線對(duì)樹木放電等, 可用熱縮材料進(jìn)行局部絕緣防護(hù), 不過對(duì)材料的耐壓水平要求較高。

6　結(jié)語

熱縮材料應(yīng)用于變電站的絕緣防護(hù), 從根本上解決了小動(dòng)物短路、鹽霧腐蝕、污閃、拉弧放電等問題, 對(duì)老變電站的改造是一種切實(shí)有效的措施。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證, 該材料具有良好的絕緣性能以及導(dǎo)熱性、阻燃性、抗老化性和耐溫性能, 可用于變電站開關(guān)室開關(guān)柜及匯流排等裸露導(dǎo)體的絕緣防護(hù)也可用于絕緣子增加爬電距離和防止污閃等。只要在使用中注意選用質(zhì)量合格的產(chǎn)品, 并在安裝中嚴(yán)格按照施工工藝要求進(jìn)行施工, 則熱縮材料一定能起到良好的絕緣防護(hù)作用。


 

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