我国复合绝缘子的发展现状

我国复合绝缘子的发展现状

0电网建设、电网、复合绝缘子随着城乡电网建设和改造、三峡工程、能源东输、铁路工程部的启动，以及全国区域高压网络建设的启动，这些特殊和超高压线路将出现在大型区域供电网络中。这些项目为连接行业的发展提供了机遇。国内输变电工程大量使用的瓷、玻璃、复合绝缘子中,传统瓷绝缘子正逐渐丧失其主导地位。这一则是各电网(特别是华东、华北、东北等地)不断发生的污闪事故为复合绝缘子的应用提供了契机;二则是我国输变电设备目前的绝缘配置偏低。复合绝缘子以体积小、重量轻、强度高、耐污秽和清扫维护方便等优点成为高压输电线路的新一代产品,显示出比瓷、玻璃绝缘子独特的优势地位。1中国绝缘材料的制造1.1制污水制品,研制空心瓷高效材料唐山高压电瓷厂、抚顺电瓷厂、西安西电高压电瓷有限公司、西安双佳高压电瓷有限公司等都能生产126~550kV支柱瓷绝缘子和瓷套。其中唐山、抚顺及西安西电3家公司已开发出750kV户外棒形支柱瓷绝缘子,弯曲破坏负荷≮12.5kN,扭转破坏负荷≮10.0kNm。抚顺厂已开发出750kV空心瓷绝缘子,为研制MV级支柱和瓷套奠定了基础。国内早期瓷支柱和瓷套成型工艺以湿法成型工艺为主,其后多采用等静压干法成型工艺,产品瓷质均匀、强度高、分散小,结构致密,避免了真空练泥机挤制给坯体内带来的螺旋结构。自贡SEDIVER公司已造出110~500kV玻璃支柱绝缘子,且通过型式试验,能开发800kV支柱绝缘子,其基础元件为钢化多锥体玻璃结构,最大高度2.4m,最大杆径375mm,由水泥胶合剂叠装而成,整支最大弯曲负荷可达20kN。玻璃支柱绝缘子各部件热膨胀系数相近,不会像瓷支柱因热配合不当而易发生老化及出现表面缺陷。1.2直接参数产品国内早期瓷绝缘子主要制造<160kN级产品,目前仅大连电瓷厂和唐山NGK公司制造水平已达国际先进水平,能制造交流系列70~530kN和直流系列160~400kN产品,造型有普通型、钟罩型及双伞型、三伞型。两家企业产能均达200万片/a。2001年大连厂全年出口160、210kN直流瓷绝缘子近50万片,供货国内直流线路如葛-上、天-广、贵-广、龙-政等线路产品近70万片,供货三峡工程500kV线路近百万片。唐山NGK公司迄今出口绝缘子约60万片,内销约20万片。1.3企业主要制造技术开发钢化玻璃绝缘子机电性能好、易维护,不易劣化,全球使用已超过2亿片。我国南京电瓷厂、自贡SEDIVER公司能制造交流70~530kN和直流160~400kN的产品,年产均达400万片。造型以普通型、钟罩型为主。天津DIELVE公司能制造交流70~400kN产品,年产亦有250万片。3企业制造技术水平均达国际先进。自贡SEDIVER公司玻璃件从法国SEDIVER集团进口,铁帽由另一家法国SEDIVER集团的独资企业用可锻铸铁制造;钢脚则由国内厂家用中碳钢制造并按SEDIVER的工艺进行热处理;采用高铝水泥胶合剂和振动装配机装配。有效地消除钢化玻璃伞盘的内部孔隙和有害杂质以及钢化处理使玻璃伞盘的表面产生250MPa的永久压缩预应力则是塞迪维尔的两项专有技术。天津DIELVE绝缘子有限公司从意大利DIELVE公司进口玻璃绝缘件,并将于后期在国内建设玻璃件生产线。金属附件由国内配套,水泥采用进口的高铝水泥,绝缘子装配技术和设备由意大利DIELVE公司提供。南京电瓷厂于2002年5月停产改造后,引进意大利钢化玻璃绝缘子的生产技术、设备、产品结构、配方、计算机控制系统等,并全面改造配料系统,增大熔化池炉面积,新增一条成型生产线和冷热冲击线,护容改造了成品装配线。1.4复合调控工艺20多年来国内已研制出不同结构型式和连接工艺的复合绝缘子。目前,东莞、广州、淄博、襄樊等地企业已能大规模生产35~500kV、70~400kN的棒型悬式复合绝缘子。迄今已有约250万支复合绝缘子挂网运行。除广泛应用于国内,还大量出口。目前,复合绝缘子的伞裙护套成形工艺和组装方式有整体注射成型、挤包护套单伞套装、整体模压成型3种工艺,端部连接结构又分内(外)锲式、压接式、胶装式3种。伞裙材质和端部金具也各不相同。近几年,复合绝缘子的生产工艺已完成芯棒与护套界面的连续挤压、整体注射的改进;端部金具与芯棒连接逐渐采用压接式,两端金属附件连接区的界面采取高温硫化工艺,并采用耐酸芯棒。表明我国复合绝缘子技术已达到国际先进水平,其运行经验已引起CIGRE和IEC的关注。目前,淄博泰光公司采用整体挤包护套穿伞和压接工艺生产的750kV、210和300kN复合绝缘子已通过两部鉴定,而东莞高能公司采用整体注射和压接式工艺也生产出750kV、160~300kN的复合绝缘子。更高机械强度的复合绝缘子尚在开发。2由于使用中的质量问题2.1异常电压和污水闪络近年因设计、制造质量、安装和运行检修等原因导致电力系统频繁发生支柱绝缘子断裂和污闪严重事故,总计断裂和裂纹420次。2001年初东北、华北和河南电网污闪事故中,支柱瓷绝缘子引起的占78.0%,其中24组双柱接地刀闸污闪占闪络总数52.2%。绝缘子在遭受雷击等异常电压或污秽引起闪络时会产生工频大电弧,使绝缘体表面高低温骤变而损坏绝缘体。断裂主要原因一是瓷柱制造中残留内在缺陷,二是瓷件铁帽和法兰支持金属附件的水泥胶装工艺存在问题,包括水泥膨胀问题的处理,三是设计机械强度偏低(如抗弯强度低于运行要求)及未严格按要求安装使绝缘子异常受力、操作不当等。电气事故原因为绝缘配置偏低。一是我国污秽设计原则是爬电比距法,却基本未考虑由该法确定绝缘水平应考虑的绝缘子爬电距离有效系数。二是实际运行的污秽等级往往高于设计值等。2.2受雷于基层干预续流而断串盘形悬式瓷绝缘子的主要问题是随运行时间增长而劣化并在遭受雷击或污闪时因工频续流而断串。近年110~500kV电压等级线路的类似掉线事故已出现多次,国民经济损失重大。2.3材料组件材质目前输电线路上运行的国产玻璃绝缘子已有2200万片,外资企业生产的也有近1200万片,均未发生掉串事故,可靠性明显较高,原因是玻璃的线膨胀系数较瓷大得多,较复合绝缘材料小得多,而与金属附件和水泥接近,因而受力组件材质匹配良好。在各种气候条件下,不会象瓷绝缘子和复合绝缘子那样容易产生危险应力而导致劣化。玻璃绝缘子的主要问题是表面压应力和内部张应力不平衡导致自爆率高,主要影响因素为玻璃的化学均匀性、应力分布均匀性以及玻璃的钢化强度。为降低自爆率应改进钢化、熔制工艺及玻璃成分,还需加强检测和质量管理,提高生产自动化水平。2.4信息趋多的问题随着线路复合绝缘子使用量的剧增,有关闪络及损坏的信息趋多。其问题也是绝缘子断串和闪络两类。前者属产品质量问题;后者与运行经验不多而导致使用不当有关,其中污闪也与硅橡胶性能和伞裙形状不合理有关。3中国与发达国家之间的差距和发展方向3.1支架绝算器3.1.1特高压mv级支柱元件国外现已能制造高弯曲破坏负荷绝缘子元件,如前西德罗森塔尔公司研制成最大杆径250mm、长2m、弯曲负荷100kN·m的元件。特高压MV级支柱绝缘子顶部弯曲负荷可能达20kN。我国应加大力度自主开发国际水平的支柱绝缘子。3.1.2高抗弯支柱结构国外复合支柱绝缘子已有相当数量的运行经验,但玻璃钢筒刚度不高,产品弯曲负荷低,多用于≤220kV等级。复合硅橡胶伞裙和瓷柱组合绝缘结构大大降低高抗弯支柱绝缘子的制造难度又显著提高了耐污性能,是有希望的技术路线。迄今已研发出变电站用复合支柱绝缘子,220kV的抗弯强度达8~4kN,110kV产品的抗弯强度达12~4kN,抗扭强度4~2kN·m。应更多地使用复合支柱绝缘子来解决运行支柱所存在的污闪、断裂和裂纹问题,同时应加大力度开发出抗弯、抗扭强度和电压等级更高以及开关用复合支柱产品。3.2瓷器绝3.2.1kn等级产品日本NGK公司现已能制造700、840kN等级的产品。我国仅大连电瓷厂今年通过了530kN等级的两部鉴定,应加大力度开发高吨位绝缘子。3.2.2长距离移动设备的有效性目前国内还未系统研究不同种类型式的瓷、玻璃绝缘子爬电距离的有效性问题,污秽设计时很难选择出具有优良污耐压特性的防污型绝缘子。3.2.3降低瓷绝缘子的年恶化率日本NGK公司的产品所老化率目标定为≯10-5,国内厂家尚需对劣化绝缘子产生的原因和年劣化率展开调查,并提高瓷绝缘子的制造水平。3.3如何提高边缘质量国产玻璃绝缘子年自爆率偏高,自贡SEDIVER公司产品年自爆率约0.0002,如何进一步提高绝缘子质量,降低年自爆率,成为亟待研究的问题。3.4复合绝缘材料3.4.1高性能机械强度产品的开发法国SEDIVER公司1996年即已制造出600kN的复合绝缘子。国内目前最高为400kN。3.4.2产品表面形态复合绝缘子在一般地区使用寿命应≮15a,国外已有运行>20a的产品。而国内产品有些运行3~5a出现脆化、硬化、粉化和开裂等现象,或在雨、露、雾、雪等条件下表面出现局部放电、憎水性减弱或消失。应针对不同地域和运行条件改进配方。3.4.3小伞径和小伞间伞进入滑滑性能复合绝缘子相对瓷和玻璃绝缘子而言,其伞裙形状较不合理。小伞径和小伞间的伞裙形状易使相邻伞裙间局部爬电距离被空气放电短路、伞裙间飞弧短接,减少有效爬电距离。尤其运行若干年后憎水性完全或部分丧失使这种现象更易发生。3.4.4避免电弧损伤均压装置若未能有效地保护金属附件、芯棒及伞套避免被电弧灼伤,则容易造成绝缘子掉串。迄今国内外尚未系统地开展复合绝缘子工频电弧特性的研究,有待于进一步积累经验。3.4.5复合绝缘材料的检测技术与在线监测的研究运行复合绝缘子的监测技术国内外均未成熟。4研制复合绝缘子①建议应组织专家调研瓷和玻璃绝缘子的劣化率、自爆率及复合绝缘子的运行经验;②积极研制和大力推广530kN瓷或玻璃绝缘子及400kN复合绝缘子的试运行,加大技术改造,逐渐实现瓷和玻璃绝缘子全过程自动化生产。增强绝缘子的全过程质量管理,提高其质量稳定性、全过程合格率和运行可靠性;③复合绝缘子发展前景广阔,应加大力度使用,集中力量开发研制,特别是750kV及以上的复合绝缘子在延缓材料老化和预测寿命周期上应取得突破,满足不同地域和运行环境条件运行的要求;④应加强复合绝缘子积污特性监测和监测技术的研究。武汉高压研究所初步研究证明复合绝缘子积污特性并不明显优于瓷、玻璃绝缘子,且粉尘污染严重,灰密>2mg/cm2后憎水性完全丧失。⑤大力改进完善复合绝缘子均压装置,保护金属附件、