10 kV线路升级为20 kV线路绝缘问题研究

王明邦,王哲斐,王 臻,陶松垒

1.上海兆邦电力器材有限公司 上海 201315 2.浙江科技学院 杭州 310023

1 研究背景

我国配电网中,原有10 kV裸露线路已基本改造为绝缘线路。如果采用20 kV电压等级线路,供电能力将得到大幅提高。全面新建20 kV配电网,需要大规模投资和较长的建设周期,并且废弃原10 kV线路,较为浪费[1]。通过对现有线路进行低成本快速改造,将10 kV线路升级为20 kV线路,具有重要意义[2-3]。在10 kV线路升级为20 kV线路的过程中,绝缘是一个重要课题,笔者对此进行研究。

2 配电线路绝缘评估

在10 kV线路升级为20 kV线路的过程中,需要依据国家和行业标准,基于安全性和可靠性,对线路设施的绝缘进行评估。在评估中,将原10 kV线路设施划分为能够继续使用、不能继续使用、修复弥补后能够继续使用三类[4]。

2.1 电杆与横担

目前正在运行的10 kV绝缘线路,有很大一部分是由裸露线路改造而来的,电杆与横担均为原10 kV裸露线路的规格。在此基础上,采用灌注型绝缘护罩将裸露部位包裹封闭在绝缘等级更高的介质中,能够符合20 kV线路的绝缘要求。

10 kV线路和20 kV线路电杆参数见表1。由表1可知,10 kV线路电杆与20 kV线路电杆的档距、接地电阻值基本一致,因此对于20 kV线路而言,电杆可以直接沿用原有10 kV线路电杆。

2.2 绝缘子

10 kV线路和20 kV线路绝缘子参数见表2。由表2可知,对于针式绝缘子和悬式绝缘子而言,20 kV线路绝缘子和10 kV线路绝缘子的爬距大致相等;而柱式绝缘子则不同,20 kV线路柱式绝缘子的爬距比10 kV线路柱式绝缘子大220～230 mm。因此,10 kV线路绝缘子不能沿用至20 kV线路,需要进行校验、耐压试验,并调整爬距。

表1 配电线路电杆参数

表2 配电线路绝缘子参数

2.3 最小距离

10 kV线路和20 kV线路最小距离见表3。由表3可知,适当调整10 kV线路的横担间距,即可满足20 kV线路的使用要求。

2.4 导线与金具

如果线路的载流量相等,那么10 kV线路裸导线可以直接用于20 kV线路。10 kV线路和20 kV线路绝缘导线、金具参数见表4,线路中耐张线夹握着力不小于65%导线拉断力。由表4可知,20 kV线路绝缘导线比10 kV线路绝缘导线厚2.1～3 mm,屏蔽层厚0.1～0.2 mm,因此10 kV线路绝缘导线需要进行耐压试验,确认合格后才能用于20 kV线路。10 kV线路金具和20 kV线路金具的安全因数相等,10 kV线路金具经校验合格后可用于20 kV线路。

表3 配电线路最小距离

表4 配电线路绝缘导线与金具参数

经耐压试验,聚氯乙烯材质绝缘导线的绝缘层耐压水平达到15 kV/mm,由此确认10 kV线路绝缘导线能够满足20 kV线路的运行要求。通过以上评估可知,10 kV线路的电杆、横担、绝缘导线和一些金具可以在20 kV线路上沿用,变压器、绝缘子、避雷器、绝缘护罩等则不能沿用,需要更换。对于导线绝缘层损伤、电气接续点和裸露处,进行修复弥补后可以升级用于20 kV线路。

3 灌注型绝缘护罩的应用

绝缘子、线夹、避雷器的电气接续点和裸露处是线路中的耐压薄弱点,且绝缘子和线夹在线路中数量较多,可以通过将普通绝缘护罩更换为灌注型绝缘护罩,使电气接续点封闭在绝缘等级更高的介质中,进而提高绝缘性能,使线路工作电压等级提高,达到20 kV的绝缘要求。楔形耐张线夹灌注型绝缘护罩如图1所示,柱式绝缘子灌注型绝缘护罩如图2所示,分支线夹灌注型绝缘护罩如图3所示。

图1 楔形耐张线夹灌注型绝缘护罩

图2 柱式绝缘子灌注型绝缘护罩

图3 分支线夹灌注型绝缘护罩

楔形耐张线夹灌注型绝缘护罩由对称的两部分组成,安装在楔形耐张线夹上。基于若干个扣子将两部分紧密扣住,包裹住楔形耐张线夹绝缘子引弧电极和导线的裸露部分,导线出入口由绝缘密封垫密封。流体形态的填充物由注入口注入,填满后由专用盖封口。楔形耐张线夹灌注型绝缘护罩的安装使用过程由专用工具带电操作完成,填充物采用绝缘阻燃材料,雷击和漏电不会对填充物产生影响,并且由于材料具有柔性,可避免线路晃动时导线受到损伤。

柱式绝缘子灌注型绝缘护罩的安装使用方法与楔形耐张线夹灌注型绝缘护罩基本相同。绝缘子上的裸露部分由护罩包裹,避雷器由紧固件固定在横担上,绝缘子引弧电极指向避雷器顶部。避雷器为智能型,底部设有信号天线。

分支线夹灌注型绝缘护罩同样由对称的两部分组成,安装在分支线夹上。在分支线夹安装护罩的一端,导线出入口的绝缘密封垫内设有信号处理发射器和雷电感应器。

制作灌注型绝缘护罩时,基于楔形耐张线夹、柱式绝缘子、分支线夹的外形和裸露部分制作模具,再将复合绝缘硅胶放入模具内加温压注。复合绝缘硅胶为绝缘材料,拉伸强度为9.0 MPa,断裂伸长率为800%,抗撕裂强度为30 N/mm,体积电阻率为1.9×1014Ω·cm,50 Hz时介电常数为2.8,50 Hz时损耗因子为0.001 6,介电强度为26 kV/mm。灌注型绝缘护罩使电气连接部位封闭在绝缘等级更高的介质中,具有绝缘、密封、防腐、抗爬电、消弧、润滑、防潮等作用,可以提高整个线路的工作电压等级,并且可以防雨、防尘、防鸟粪,起到机械保护作用。

填充物采用由固化剂、改性剂、填料、稀释剂制成的环氧树脂。为使环氧树脂快干,不流失,便于浇注,选用胺类固化剂。为提高环氧树脂的柔性、韧性、抗剪性能、抗弯性能、耐冲击性能,并降低成本,选用聚乙烯醇缩丁醛作为改性剂,并选用石棉纤维、云母粉、瓷粉作为填料。

4 绝缘层弥补加厚

在将10 kV线路升级为20 kV线路时,对于导线绝缘层损伤、导线与树或建筑物距离近等情况,需要对导线绝缘层进行弥补加厚。绝缘层加厚机器人是损伤导线绝缘层进行弥补加厚的专用设备,其应用如图4所示。

图4 绝缘层加厚机器人的应用

应用绝缘层加厚机器人时,绝缘层加厚机器人挂于导线上进行带电作业,将绝缘胶带缠绕至导线绝缘层的损伤部位,进行包裹和加厚,使导线达到20 kV线路的绝缘要求。

5 结束语

笔者对10 kV线路升级为20 kV线路的绝缘问题进行了研究[4],通过评估确认可以沿用的线路设施,并采用灌注型绝缘护罩、绝缘层加厚机器人对不能直接沿用的线路设施进行绝缘等级提升,使线路设施满足20 kV线路的绝缘要求。采用灌注型绝缘护罩和绝缘层加厚机器人,可以较好地解决10 kV线路升级为20 kV线路所面临的绝缘问题,具有投资少、效益高、速度快、安全可靠等优点,并能降低电网损耗。