合成材料高壓電器發展論文

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摘要：本文介紹了與國內外傳統的充油、充氣的高壓電器完全不同的新一代合成材料的高壓電器，包括穿墻套管、電流互感器、電纜終端頭在中國的發展過程、這種產品的技術性能和發展前景。

1.前言

九十年代初期，在中國大地上出現了一種無油、無氣（SF6）、無瓷的以氟塑料為內絕緣，以硅橡膠為外絕緣的完全不同于國內外傳統結構的新型高壓電器—高壓穿墻套管。與傳統的充油瓷套管不同，它的設計思想獨特、結構新穎，它的某些技術特性已超過國際標準IEC和中國的國家標準GB，而且被越來越多的用戶所采用。

至今，這種干式系列產品，包括穿墻套管、電流互感器（簡稱CT）和電纜終端頭已經得到長足的進步和快速的發展。這種產品具有無油、無氣、無瓷，體積小、重量輕、防火、防爆、防污閃等突出優點.自1990年至今，已有10000多臺上述產品在電力系統安全運行,沒有發生一例事故。

2.發展過程

眾所周知，無論國內或國外市場上，66Kv及以上的傳統的高壓穿墻套管、電纜終端頭、電流互感器等大多使用充油瓷套管。它存在易滲漏、易燃、易爆、污閃、維護工作量多、體積大、質量重等一些潛在問題。隨著環境的日益惡化，瓷表面的污閃也常有發生，閃絡概率隨著環境污穢程度而增大。過去都是用增大泄漏比距的辦法來解決，但泄漏比距的增大是有限度的，泄漏比距越大，瓷套管的燒成合格率越低，為此，我們開發了一種具有新的結構設計和完全不同以往的材料的新一代產品。

2.1干式高壓穿墻套管的開發九十年代初期，隨著城網改造的發展，城市戶內變電站很快的發展起來，對穿墻套管的需求越來越多。面對上述問題，我們必須走一條獨具特色的用有機絕緣材料代替油瓷絕緣的新路。

1990年,我們研制出第一批STA型的9只穿墻套管并運行于大連老虎灘變電站,隨后,在東北和云南運行了200多只。

但是，STA穿墻套管還存在一些缺點。由于它是用交聯聚乙烯電纜制成的，兩端需要用支柱絕緣子支撐.為此，我們于1994年研制成功STB型高壓穿墻套管。至今已有10000多只STB套管在電網上運行，已經覆蓋了從海南到大慶，從東海岸到新疆的二十幾個省、市的地域，詳見照片2、3。STB套管的外形見照片1，其結構見圖1。

2.2•干式電纜終端頭的開發

目前，我國和其他國家的電纜終端頭絕大多數均為充油產品，主要結構是在電纜絕緣屏蔽層的端部加裝應力錐以改善電場分布，并且裝入充油的瓷套管中。不僅體積大、重量重、維護工作量大，而且價格昂貴。

1996年我們在STA穿墻套管的基礎上又研制成功了GDZ型干式電纜終端頭，它結構獨特、新穎，是在交聯聚乙烯電纜的絕緣表面附設若干個相互絕緣的金屬均壓屏，強迫電纜絕緣表面電壓分布均勻,大大提高沿面放電電壓和徑向擊穿電壓。它比國內外現有的電纜終端頭性能良好、基本不需維護且價格便宜。見結構簡圖2和等值電路圖3。

GDZ電纜終端頭已經在中國的許多省份，如山東、廣東、河南、河北、遼寧等廣泛地推廣。由于該產品重量輕，又不須周期性地維護，所以可以不必安裝在專門的電纜終端站內而直接地安裝在塔頭上.見照片4、5。

照片6電流互感器外形圖

圖4電流互感器結構示意圖

照片7LRGBJ-110CT運行

照片8LRGBJ-220CT運行

3．產品的優良特性

新一代有機合成材料高壓電器的結構非常簡單，結構上的主要特點是采用氟塑料（聚四氟乙烯）和硅橡膠作為主要絕緣材料，代替油、瓷和SF6氣體，這種結構具有如下許多優點。

3.1無油、無瓷、防火、防爆、不污染環境；

3.2體積小、質量輕，結構簡單，便于施工,不需維護；

3.3干式系列產品運行的非常安全，具有極好的防污閃特性。電壓分布均勻，大大提高污閃電壓；

在2001年1月22日發生在東北南部和華北北部的一次最嚴重的污閃事故中在35~550kV的線路上和30多個電站內有900多個閃絡點，而我們生產的300多只穿墻套管、電流互感器和電纜終端頭中沒有一只閃絡。

主要原因是：

A.套管絕緣體表面的電位梯度被插入絕緣體的多層導電屏控制，并且硅橡膠傘裙表面緊緊地貼在套管絕緣體上，不似油瓷套管表面與絕緣體表面之間有那么遠的間隙。因此，硅橡膠傘裙表面比油瓷套管表面的電場分布更均勻，使閃絡電壓有很大的提高。

B.硅橡膠的憎水性比瓷好，水在其表面形成水珠并很快滾落下來，由于這個原因也使閃絡電壓大大提高。從污穢耐受試驗中也得出相同結論。例如，具有0.3mg/cm2等值附鹽密的66kVSTB穿墻套管比油瓷套管能耐受更高的電壓和更長的時間（69kV，90min）。

3.4局部放電量低且具有“自衰”特性。

每一臺產品的局部放電量出廠時都低于5pC，這一水平低于IEC標準。與IEC標準的比較列于表1

表1

項目

IEC標準

本企業標準

局部放電量

20pC

5pC

這種干式組合絕緣的電器產品不僅局部放電量低，而且具有極好的局部放電“自衰”特性。這一特性與油紙絕緣是完全不同的，也是我們在開發這種新型高壓電器之初所始未料及的。一般說來，油紙絕緣的高壓電器其局部放電的發生隨著施加電壓的增高和時間的延長而變得愈益嚴重。但此種有機絕緣薄膜的局部放電特性卻與油紙絕緣的正好相反，它隨著施加電壓的時間的延長越來越好，局部放電量降低、局部放電起始電壓提高。大量的運行和試驗數據證實了這一結論。在哈爾濱科技大學胡似徽教授的幫助下，我們共同完成了這一課題的試驗和研究工作。

1995年我們曾對4年前投入電網運行的大連老虎灘變電站的3＃套管進行了試驗、解剖分解，試驗結果局部放電量比投運時略有降低，解剖可見內部絕緣及所有材料、元件都完好如初，也進一步證實了這一“局放自衰”的結論。

3.5介質損耗因數小且介質絕緣熱穩定好。

由于氟塑料屬中性介質，其介質損耗因數tanδ很小，為1×10-4,用它制成的高壓電器產品的介質損耗因數也很小，而且能夠耐受260℃。例如，電流互感器LRGBJ-110及LRGBJ-220樣品在國家變壓器質量監督檢測中心試驗值均為0.0003。這一優良的特性將有利于延長產品的壽命。我們曾經對一只66kV高壓穿墻套管進行加速老化試驗，即在2U0(2*66/√3kV)下，通入額定電流IN(600A)，1000h后，又用此套管按110kV的水平(2*110√3kV)重復進行了加速老化試驗，連續兩個老化試驗后的套管不僅沒有發現任何損壞，介質損耗因數都沒有變化，局部放電量更低，并又通過了工頻耐壓試驗。

LRGBJ-220樣品在國家變壓器質量監督檢測中心還進行了絕緣熱穩定試驗，證明它不僅介質損耗因數小，而且在長期加熱過程中介質損耗因數穩定，穩定時間超過IEC的規定值。

3.6有較好的熱穩定、動穩定和機械耐受特性

2001年，在中國國家變壓器質量監督檢驗中心通過了110kV和220kV電流互感器的熱穩定、動穩定和機械靜荷載耐受試驗，試驗結果列于表2。

表2熱穩定、動穩定和機械靜荷載耐受試驗

項目

220kVCT

110kVCT

額定短時熱電流

50kA

31.5kA

短時熱電流時間

3s

4s

額定動穩定電流

125kA

80kA

機械耐受靜試驗荷載

4000N

2000N

3.7生產周期短

充油CT除包饒、組裝外，還須進行真空干燥、真空注油等工序，每臺產品整個工序須20天，而干式電器每臺產品只需包饒、組裝后即可試驗出廠。每一臺產品各工序所經歷的時間只須2天。

4.合成絕緣干式高壓電器系列產品的發展前景

從1990年始至今，用硅橡膠和氟塑料（F4）制成的新型的干式高壓電器產品，包括干式穿墻套管、干式電流互感器和干式電纜終端頭，在電力系統上運行中從未發生過任何事故，被廣大用戶歡迎。

我們將不斷地改進產品結構和提高產品安全性和可靠性，進一步徹底解決充油系列產品漏油、爆炸和污染環境的老大難問題。

參考資料：

王如璋、黃維樞，一種新型高壓電流互感器，電力設備，2001年第2期，24頁；

王如璋、廖蔚明、劉艷等，一種新型高壓電器－全塑高壓穿墻套管，高電壓技術。1996，22（2）；

黃維樞、王如璋，66～110KV有機絕緣干式電纜終端頭，電力設備，2002年第1期，第46頁；