气体绝缘金属封闭开关设备中绝缘子开裂的分析

许 宁 王光明 颜晨光 孙建祥

1.西安西电高压开关有限责任公司 西安 710018 2.西安西电开关电气有限公司 西安 710077

1 绝缘子概述

气体绝缘金属封闭开关设备由母线、隔离开关、断路器、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、电缆终端、进出线套管等组成,充满了SF6气体,压力为0.4～0.6 MPa。绝缘子在气体绝缘金属封闭开关设备中起固定高压导电体和隔离气室的作用,其装配如图1所示。当绝缘子发生开裂时,开裂位置先位于绝缘子外部,如图2所示,然后逐步向内部发展。在裂缝产生1 d或2 d后,气体绝缘金属封闭开关设备内部的密封气压因有裂缝而降低。由此可见,绝缘子的质量严重影响气体绝缘金属封闭开关设备的正常运行。

2 存在的问题

气体绝缘金属封闭开关设备会受到使用环境的影响,处于新疆、西藏等地的气体绝缘金属封闭开关设备,需要考虑温度昼夜变化产生的热应力导致绝缘子开裂的风险。在气体绝缘金属封闭开关设备组装时,绝缘子处于金属罐体之间,会受到螺杆压紧力的作用,此时需要考虑因机械应力而导致绝缘子开裂的风险。在电站运行期间,需要考虑检修试验时绝缘子承受两侧压力差而产生开裂的风险。笔者针对252 kV气体绝缘金属封闭开关设备中的绝缘子在装配期间发生的开裂问题,进行分析。

图1 绝缘子装配

图2 绝缘子开裂位置

3 绝缘子两端平面度

绝缘子由环氧树脂浇注,安装在气体绝缘金属封闭开关设备中两个金属罐体之间,两侧装有用于防止SF6气体泄漏的O形密封圈,同时防止外界湿气渗入气体绝缘金属封闭开关设备,以影响SF6气体的灭弧性能。绝缘子位于罐体两端的金属法兰之间,金属法兰面经过机加工后,平面度可以保持在0.1 mm之内,而绝缘子两端平面不平,成为装配中对绝缘子产生轴向应力的主要因素。

为获取绝缘子两端平面度的具体数值,对库存同型号绝缘子进行检测,发现绝缘子平面度一般为0.1～0.4 mm,与金属法兰面平面度不匹配。考虑绝缘子的生产工艺流程,在绝缘子浇注装模脱模期间未完全固化,强度不足,使绝缘子脱模时发生变形,加上设计绝缘子时又未标注平面度要求,绝缘子生产厂家对校平工装的要求也不会太高,由此造成绝缘子两端平面度很难满足装配公差配合要求。对此,笔者认为需要增加绝缘子两端平面度要求,以减小装配应力的影响,具体平面度指标建议设为不大于0.2 mm。

4 绝缘子四周嵌件垂直度

绝缘子因安装需要,浇注时应预先在圆周外部埋入金属嵌件。按装配工艺要求装配时,要对嵌件的垂直度进行检测,误差一般在1°～3°之间,个别误差为4°～9°。由此可知,嵌件的垂直度较差。绝缘子两端金属法兰强制连接后,必然对嵌件产生剪切力,嵌件又会对绝缘子产生剪切力,最终引发绝缘子开裂。

绝缘子四周嵌件垂直度检测如图3所示。

5 绝缘子浇注时冷却工艺

按照绝缘子浇注工艺,绝缘子必须随炉冷却,即在绝缘子达到工艺规定的温度、时间后,关闭加热系统,在其它条件不变的情况下,炉内的绝缘子随加热炉自身温度的降低而缓慢降温。这一工艺能够确保绝缘子内部应力随温度降低而缓慢释放,保证绝缘子的机械性能。

在对绝缘子生产厂家进行工艺审核时,发现绝缘子随炉冷却工艺温度控制不佳,导致部分绝缘子可能存在固化缺陷。对此,需要加强对绝缘子生产厂家工艺状况的抽查监控,保证绝缘子机械性能和电气性能安全可靠。

图3 绝缘子四周嵌件垂直度检测

6 结论

通过对气体绝缘金属封闭开关设备中绝缘子的开裂原因进行分析,建议对绝缘子两端平面度提出明确要求,规定平面度不大于0.2 mm,由此尽可能减小装配应力的影响。

绝缘子四周嵌件的垂直度误差控制在0°～3°之间,嵌件结构改为一通一螺,以减小嵌件垂直度超差引起剪切应力对绝缘子开裂的影响。

在绝缘子浇注工艺中,严格执行随炉冷却工艺,减少绝缘子固化时产生隐含应力的缺陷问题,进而避免在安装使用阶段其它影响因素叠加而引发绝缘子开裂问题。