陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究

1、陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究2013年7月孔繁力 王春陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究背景技术： 本课题提供了一种陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置及其制备工艺，属于电力工程发电厂和变电站的配电装置技术领域。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究技术领域： 在电力工程技术领域中，配电装置就是能够控制、接受和分配电能的电气装置的总称，由母线、开关设备、保护电器、测量仪表和其他附件等组成。其布置应满足电力系统正常运行的要求，便于检修，不危及人身及周围设备的安全。按绝缘方式划分，目前有空气绝缘配电装置ais(air insulated switchgear)和六氟化硫气体绝缘配电装置gis（

2、gas insulated switchgear)两种配制：其中，ais配电装置在传统设计的变电站中全面使用，优点是技术成熟、投资造价和运行维护费用低，缺点是占地大，一个220kv的ais配电装置变电站占地近2公顷，一个500kv的ais配电装置变电站占地则近6公顷。而gis配电装置占地约为ais配电装置的40%，由于现在变电站征地过程不可避免地存在城市居民动迁、乡村农户占用耕地问题，目前，为减少占地，我国开始大量使用gis配电装置。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究技术领域： 但gis配电装置缺点是投资造价和运行维护费用高、还需要经常补充六氟化硫气体（六氟化硫气体是对臭氧层有破坏作用的温

3、室气体）。以上两种配电装置还有一个共同的缺点，就是各个配电间隔均为平面平铺布置，不能充分利用空间，没有根本性解决变电站占地过大问题。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究课题内容： 本课题提供一种陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置，比gis配电装置占地更省、造价更低、运行维护又比ais配电装置更简单、更可靠、寿命周期更长久的、无毒无害环保型、模块式配电装置。 本课题还进一步提供陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置的制备工艺，适用于工业化生产。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究本课题解决的主要技术问题是：第一，如何将所有的导线、母线、电气一次设备和电压互感器、电流互感器、 避雷器等的一次部分（高压部分）均紧密

4、封闭在陶瓷或玻璃绝缘介质中。第二，由于配电装置模块有时候会需要分段制作，如何解决陶瓷或玻璃制作的配电装置模块之间的连接问题。第三，由于隔离开关的动触头和静触头需要经常开合，所以不能采取固体绝缘，当隔离开关处于断开状态时，动触头与静触头之间如采取空气绝缘，则隔离开关的尺寸会与ais配电装置的隔离开关一样大，这与本课题的宗旨相违背，所以需要对隔离开关作相应的改变。 针对以上问题，本课题提供了陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置及其制备工艺，以及与此相配套的、配电装置模块之间的连接及隔离开关改进工艺。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究1、本课题的陶瓷模块配电装置注浆法制备工艺，包括以下步骤：1）电气设备陶

5、瓷外壳制作： 避雷器、电压互感器、隔离开关、电流互感器、断路器等电气设备外壳均采用陶瓷绝缘外壳，并在壳体外留出接线端子；壳体内的设备待用不安装。2）配电间隔导线、母线在模具中的固定： 采用陶瓷支架和陶瓷托盘将配电间隔导线、母线、在制作配电装置模块的模具中准确定位；3）连线： 将配电间隔导线与电气设备接线端子按照配电间隔设计要求摆放并实施连接；4）拼装模具： 将制作配电装置模块的模具实施拼接并确保连接处无缝隙；陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究1、本课题的陶瓷模块配电装置注浆法制备工艺，包括以下步骤：5）灌浆： 将调制好的低温烧结浆料注入镶有配电间隔导线、母线及各种配电设备外 壳的模具中；

6、所述的浆料是由以下原料按重量份数比制成的： 废玻璃4560份, 熟矾土2025份, 茶山泥（含量构成：67.71%sio2，21.18% al2o3，0.98% fe2o3，2.98% k2o或na2o，0.07% mgo，7%烧失量）1520份, 贵州高岭土38份, 三聚磷酸钠510份，cr2o3、fe2o3色剂35份；6）烧制： 上述工艺制备完成后，将模具在860的温度下、常压3小时，烧成含有配电设备外壳的配电装置模块。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究2、本课题的陶瓷模块配电装置干压成型法制备工艺，包括以下步骤： 1）电气设备陶瓷外壳制作： 避雷器、电压互感器、隔离开关、电流互感器、

7、断路器等电气设备外壳均采用陶瓷绝缘外壳，并在壳体外留出接线端子。壳体内的设备待用不安装。2）配电间隔导线、母线在模具中的固定： 采用陶瓷支架和陶瓷托盘将配电间隔导线、母线、在制作配电装置模块的模具中准确定位。3）连线： 将配电间隔导线与电气设备接线端子按照配电间隔设计要求摆放并实施连接。4）拼装模具： 将制作配电装置模块的模具实施拼接并确保连接处无缝隙。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究2、本课题的陶瓷模块配电装置干压成型法制备工艺，包括以下步骤： 5）干压成型： 将配制好的低温烧结粉料倒入镶有配电间隔导线、母线及各种配电设备外壳的模具中，并填满模具，采用液压机锻压，压力为180200kg

8、/平方厘米，将粉料压实后自然干燥。 所述的粉料是由以下原料按重量份数比制成的：废玻璃4560份, 熟矾土2025份, 茶山泥（含量构成：67.71%sio2，21.18% al2o3，0.98% fe2o3，2.98% k2o或na2o，0.07% mgo，7%烧失量）1520份, 贵州高岭土38份, 三聚磷酸钠510份，cr2o3、fe2o3色剂35份。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究2、本课题的陶瓷模块配电装置干压成型法制备工艺，包括以下步骤： 6）烧制： 上述工艺制备完成后，将模具在860的温度、常压3小时，烧成含有配电设备外壳的配电装置模块。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究

9、3、本课题提供的玻璃模块配电装置制备工艺，包括以下步骤：1）电气设备陶瓷外壳制作： 避雷器、电压互感器、隔离开关、电流互感器、断路器等电气设备外壳均采用陶瓷绝缘外壳，并在壳体外留出接线端子。壳体内的设备待用不安装。2）配电间隔导线、母线在模具中的固定： 采用陶瓷支架和陶瓷托盘将配电间隔导线、母线、在制作配电装置模块的模具中准确定位。3）连线： 将配电间隔导线与电气设备接线端子按照配电间隔设计要求摆放并实施连接。4）拼装模具： 将制作配电装置模块的模具实施拼接并确保连接处无缝隙。 陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究3、本课题提供的玻璃模块配电装置制备工艺，包括以下步骤：5）灌玻璃液： 上述工

10、艺完成后，将模具预热至800，同时将玻璃生产线出来的熔融态玻璃液退火至860，使玻璃进入半液态状态后，缓慢倒入模具，并压制成型。6）后续处理： 玻璃配电装置模块退火冷却后，进行钢化处理，（钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有35倍的提高，一般可承受250以上的温差变化，可防止热炸裂）。 再将配电装置模块进行热浸处理，以防温差变化大时发生自爆。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究4、本课题提供了一种模块之间的组装方法，如附图3所示： 附图3 两个分段模块之间接头部位连接方式透视图陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究4、本课题提供了一种模块之间的组装方法，如附图3所示： 将拟相接的配电装置模

11、块（可以是导线模块7或母线模块5）分别安装就位后，用铜接管9将两端配电间隔电气设备连接导线或母线8实施连接，然后在配电装置模块外将接口连接部位支模，灌入低温玻璃粉烧制成的低温玻璃液10（将低温玻璃粉加热到380以上即可。低温玻璃具有比普通玻璃更低的软化温度或更低的熔化温度，低温玻璃粉的软化温度320-340，烧结温度360-380）。由于玻璃的电绝缘性能优于陶瓷，可以确保绝缘效果，另外还可以防止风、雨、雪、日晒、等侵蚀从而防止母线接头的氧化、腐蚀。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究5、本课题提供了一种油浸式隔离开关，如附图4、附图5所示。附图4 油浸式隔离开关俯视图附图5 油浸式隔离开关a

12、-a剖面图陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究5、本课题提供了一种油浸式隔离开关，如附图4、附图5所示。 包括封闭的绝缘外壳11和接线端子19，绝缘外壳11内充满绝缘油14，绝缘外壳11的顶盖上设有补油孔16（兼检查孔），主刀操作机构箱17和地刀操作机构箱20设在绝缘外壳11外部；主刀操作机构箱17的主刀开关及地刀操作机构箱20的地刀开关浸泡在绝缘外壳11内的绝缘油14中； 在主刀开关中，带有陶瓷绝缘块15的主刀传动轴25与主刀齿轮18为一体，主刀齿轮18与主刀蜗轮23构成啮合副，主刀蜗轮23套装在主刀蜗杆24上，主刀蜗杆24顶部为主刀动触头13，主刀动触头13随主刀蜗杆24作直线往复运动，

13、与主刀静触头12构成开关机构；陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究5、本课题提供了一种油浸式隔离开关，如附图4、附图5所示。 在地刀开关中，带有陶瓷绝缘块15的地刀传动轴28与地刀齿轮29为一体，地刀齿轮29与地刀蜗轮26构成啮合副，地刀蜗轮26套装在地刀蜗杆27上，地刀蜗杆27的顶部为地刀动触头22，地刀动触头22随地刀蜗杆27作直线往复运动，与地刀静触头21构成开关机构，实施分合控制接地。 工作过程为（附图5示意了主刀工作剖面，地刀工作剖面与主刀一致）：主刀操作机构箱17控制带有陶瓷绝缘块15的传动轴25，传动轴25与齿轮18为一体，带动蜗轮23，蜗轮23带动蜗杆24，蜗杆24与动触头1

14、3为一体，作往复运动，与主刀静触头12实施分合从而控制线路开关；地刀操作机构箱20控制带有陶瓷绝缘块15的传动轴25，传动轴25与齿轮18为一体，带动蜗轮23，蜗轮23带动蜗杆24，蜗杆24与地刀动触头22为一体，作往复运动，与地刀静触头21实施分合控制接地。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究5、本课题提供了一种油浸式隔离开关，如附图4、附图5所示。 由于本实例提出的油浸式隔离开关的高压部分被封闭绝缘，所以与传统的隔离开关相比，设备尺寸大大减少。而且由于主刀动触头13、主刀静触头12、和地刀动触头22、地刀静触头21都浸泡在绝缘油14中，所以防止了触头的积碳和腐蚀。 本课题提供了多种灵活的

15、制作、组装方法，根据具体需要，可以将若干个配电间隔模块单层平面布置，或者更进一步，将若干个配电间隔模块多层叠放布置。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究本课题的积极效果在于：(1) 由于电绝缘陶瓷或玻璃具有良好的电绝缘性能，在高温下的电绝缘性能尤为突出，每毫米厚度可耐电压32kv以上，（空气在标准状态下每毫米厚度可耐电压3kv）其绝缘性能是空气的10倍。因此，本课题可以大大减少配电间隔尺寸，间隔尺寸可以仅为ais配电装置的12.5%或gis配电装置的30%，省地效果极其突出。(2) 可以实现多层布线与配电设备一体化设计，可以多层叠放，进一步减小占地，占地面积可以减少到仅为ais配电装置的2%

16、以下或gis配电装置的5%以下，从节约占地角度来说，本课题可以称得上为变电站配电装置的一次产业革命。(3) 可以在模块制成前后对布线和连接进行质量检查，制成合格后则无需任何维修，并长期保证质量稳定性。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究本课题的积极效果在于：(4) 可以内埋置元器件，提高组装密度，实现多功能。(5) 可以按照典型设计实现工厂化批量生产及安装，提高生产率及效率，并降低成本。(6) 由于陶瓷或玻璃具有机械强度高、耐磨性、耐腐蚀性好、热稳定性好、导热性好、原料丰富、价格低、产品环保、无污染等特点，陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置也相应地获得了这些优点。(7) 由于陶瓷或玻璃绝缘模块配电装

17、置将高压导线、母线完全封闭绝缘，使得配电装置区不再有高压电的危险，从而彻底保护了运行维护的安全，根本性的解决了以往变电站高压电导致的工伤事故。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究本课题的积极效果在于：(8) 由于陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置将高压导线、母线完全封闭绝缘，彻底的解除了变电站的高压线电晕放电问题。从而免除了电晕功率损失以及噪声干扰。(9) 由于陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置将高压导线、母线完全封闭绝缘，使得配电装置可以防污秽、防外界因素干扰与影响，可大大提高运行安全性、增强环境适应性、提高使用寿命。(10) 由于玻璃具有透明性，配电装置内部配线结构一目了然，玻璃绝缘模块配电装置便于运行

18、单位了解及使用。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式: 下面将结合本课题实施例中的附图，对本课题实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本课题的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本课题中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本课题保护的范围。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例1本实例中配电装置模块为单层，如附图1所示。1）电气设备陶瓷外壳制作： 图1中，避雷器1、电压互感器2、隔离开关3、电流互感器6、断路器4等附图1 陶瓷绝缘模块配电装置透视图陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研

19、究具体实施方式:实施例1 外壳均采用陶瓷绝缘外壳，并在壳体外留出接线端子。壳体内的设备暂时不安装。2）配电间隔电气设备连接导线、母线8在模具中的固定： 采用陶瓷支架和陶瓷托盘将配电间隔电气设备的连接导线及母线8在制作配电装置模块的模具中准确定位。3）连线： 将配电间隔电气设备连接导线与电气设备接线端子按照配电间隔设计要求摆放并实施连接。4）拼装模具： 将制作配电装置模块的模具实施拼接并确保连接处无缝隙。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例15）灌浆： 将调制好的低温烧结浆料注入配电装置模块的模具中；所述的浆料是由以下原料按重量份数比混合制成的：废玻璃4560份, 熟矾土2

20、025份, 茶山泥（含量构成：67.71%sio2，21.18% al2o3，0.98% fe2o3，2.98% k2o或na2o，0.07% mgo，7%烧失量）1520份, 贵州高岭土38份, 三聚磷酸钠510份，cr2o3、fe2o3色剂35份。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例16）烧制： 上述工艺制备完成后，将模具在860的温度下、常压3小时烧成。参照图1所示，本实例为采用平面平铺式布置的两个间隔配电装置模块，每个间隔配电装置模块按电气a、b、c三相分为三列，再沿纵向根据需要进一步分段，当母线较长时，也可以按需要分段制作。 本实例配电间隔设备纵向连接次序为（从

21、出线导线向母线方向）：通过导线模块7将以下设备顺序连接避雷器1、电压互感器2、隔离开关3、电流互感器6、断路器4、母线隔离开关3、母线模块5。 烧成后进行质量检查，检查合格后进行预组装，预组装合格后既完成了配电装置模块的工厂制作过程。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例1工厂制作完成后，将配电装置模块运送至现场，按照设计要求安装就位。再安装电压互感器、电流互感器、避雷器、隔离开关、断路器等壳内设备。7）两个分段模块之间接头部位连接方式如附图3所示，将拟相接的配电装置 模块（可以是导线模块7或母线模块5）分别安装就位后，用铜接管9将两端配电间隔电气设备连接导线或母线8实施连

22、接，然后在配电装置模块外将接口连接部位支模，灌入低温玻璃粉烧制成的低温玻璃液10（将低温玻璃粉加热到380以上即可。低温玻璃具有比普通玻璃更低的软化温度或更低的熔化温度，低温玻璃粉的软化温度320-340，烧结温度360-380）。由于玻璃的电绝缘性能优于陶瓷，可以确保绝缘效果，另外还可以防止风、雨、雪、日晒、等侵蚀从而防止母线接头的氧化、腐蚀。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例18）本实例提出一种油浸式隔离开关，如附图4、附图5所示，包括封闭的绝缘外壳11和接线端子19，绝缘外壳11内充满绝缘油14，绝缘外壳11的顶盖上设有补油孔16（兼检查孔），主刀操作机构箱17和

23、地刀操作机构箱20设在绝缘外壳11外部；主刀操作机构箱17的主刀开关及地刀操作机构箱20的地刀开关浸泡在绝缘外壳11内的绝缘油14中；在主刀开关中，带有陶瓷绝缘块15的主刀传动轴25与主刀齿轮18为一体，主刀齿轮18与主刀蜗轮23构成啮合副，主刀蜗轮23套装在主刀蜗杆24上，主刀蜗杆24顶部为主刀动触头13，主刀动触头13随主刀蜗杆24作直线往复运动，与主刀静触头12构成开关机构开关；陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例1在地刀开关中，带有陶瓷绝缘块15的地刀传动轴28与地刀齿轮29为一体，地刀齿轮29与地刀蜗轮26构成啮合副，地刀蜗轮26套装在地刀蜗杆27上，地刀蜗杆2

24、7的顶部为地刀动触头22，地刀动触头22随地刀蜗杆27作直线往复运动，与地刀静触头21构成开关机构，实施分合控制接地。由于本实例提出的油浸式隔离开关的高压部分被封闭绝缘，所以与传统的隔离开关相比，设备尺寸大大减少。而且由于主刀动触头13、主刀静触头12、和地刀动触头22、地刀静触头21都浸泡在绝缘油14中，所以防止了触头的积碳和腐蚀。配电装置模块外设有钢结构托架，用于承重及设备吊装，托架与基础或房屋主体结构连接。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例1实施效果：拟对本课题陶瓷绝缘模块配电装置试件分别进行500kv和220kv 工频耐压试验和直流耐压两种试验。工频耐压试验其试

25、验电压为被试设备额定电压的三倍，直流耐压试验其试验电压为被试设备额定电压的二倍，加压时间均为10分钟。试验内容如下表所示：陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例1测试标准对地绝缘厚度试件数量测试目标结果500kv工频耐压试验1.成品测试时测试电压调制为1500kv2.电压达到1500kv，秒表计时十分钟。90mm6组绝缘性能合格500kv直流耐压试验1.成品测试时测试电压调制为1000kv2.电压达到1000kv，秒表计时十分钟。90mm6组绝缘性能合格220kv工频耐压试验1.成品测试时测试电压调制为660kv2.电压达到660kv，秒表计时十分钟。40mm6组绝缘性能合

26、格40mm6组绝缘性能合格陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例2本实例中配电装置模块为三层叠放，如附图2所示。附图2 陶瓷绝缘模块配电装置透视图陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例21）电气设备陶瓷外壳制作：与实施例1相同。2）配电间隔电气设备连接导线、母线8在模具中的固定：与实施例1相同。3）连线：与实施例1相同。4）拼装模具：与实施例1相同。5）干压成型：将配制好的低温烧结粉料倒入模具中，并填满模具，采用液压机锻压，压力陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例2180200kg/平方厘米，将粉料压实后自然干燥。所述的粉料是由以下

27、原料按重量份数比制成的：废玻璃4560份, 熟矾土2025份, 茶山泥（含量构成：67.71%sio2，21.18% al2o3，0.98% fe2o3，2.98% k2o或na2o，0.07% mgo，7%烧失量）1520份, 贵州高岭土38份, 三聚磷酸钠510份，cr2o3、fe2o3色剂35份。6）烧制：上述工艺制备完成后，将模具在860的温度下、常压3小时烧成。其他实施流程与实施例1基本一致。实施效果：拟对陶瓷绝缘模块配电装置试件分别进行500kv和220kv 工频耐压试验和直流耐压两种试验。工频耐压试验其试验电压为被试设备额定电压陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:

28、实施例2的三倍，直流耐压试验其试验电压为被试设备额定电压的二倍，加压时间均为10分钟。试验内容如下表所示：测试标准对地绝缘厚度试件数量测试目标结果500kv工频耐压试验1.成品测试时测试电压调制为1500kv2.电压达到1500kv，秒表计时十分钟。90mm6组绝缘性能合格500kv直流耐压试验1.成品测试时测试电压调制为1000kv2.电压达到1000kv，秒表计时十分钟。90mm6组绝缘性能合格220kv工频耐压试验1.成品测试时测试电压调制为660kv2.电压达到660kv，秒表计时十分钟。40mm6组绝缘性能合格陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例3本实例中配电装

29、置模块为单层，如附图1所示。附图1 玻璃绝缘模块配电装置透视图陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例31）电气设备陶瓷外壳制作：方法同实施例1。2）配电间隔电气设备连接导线、母线8在模具中的固定：方法同实施例1。3）连线：方法同实施例1。4）拼装模具：方法同实施例1。5）灌玻璃液：上述工艺完成后，将模具预热至800，同时将玻璃生产线出来的熔融态玻璃陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例3液退火至860，使玻璃进入半液态状态后，缓慢倒入模具，并压制成型。6）后续处理：玻璃配电装置模块退火冷却后，进行钢化处理，（钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有35倍的

30、提高，一般可承受250以上的温差变化，可防止热炸裂）。再将配电装置模块进行热浸处理，以防温差变化大时发生自爆。工厂制作完成后，将配电装置模块运送至现场，安装方法与实施例1相同。配电装置外设有钢结构托架，用于承重及设备吊装，托架与基础或房屋主体结构连接。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例3实施效果：拟对玻璃绝缘模块配电装置试件分别进行500kv和220kv 工频耐压试验和直流耐压两种试验。工频耐压试验其试验电压为被试设备额定电压的三倍，直流耐压试验其试验电压为被试设备额定电压的二倍，加压时间均为10分钟。试验内容如下表所示：陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置核心技术研究具体实施方式:实施例3测试标准对地绝缘厚度试件数量测试目标结果500kv工频耐压试验1.成品测试时测试电压调制为1500kv2.电压达到1500kv，秒表计时十分钟。90mm