高压开关设备用固体绝缘材料综述

张养库，杜超云，史明，王战强

（西安西电电工材料有限责任公司，西安 710082）

引言

高压开关设备使用的环氧热固性绝缘材料是伴随着开关设备的发展而发展起来的。开关设备从10 kV油开关发展到1100 kV SF6开关，与之配套的固体绝缘材料从酚醛纸质层压材料、酚醛棉布层压材料、环氧酚醛层压玻璃布板(管、棒)材料发展到满足SF6高压、超高压开关设备使用的真空压力环氧玻璃布浸胶管(板)、真空压力浸胶环氧玻璃纱棒、真空压力环氧浇注绝缘制品及真空压力凝胶注射成型绝缘制品。

1 开关设备用固体绝缘材料的发展现状

20世纪80年代末，以西电西开电气为龙头的几家开关设备制造企业纷纷引进国外先进的SF6高压开关设备制造技术，受当时各方面的政策限制，引进技术生产的SF6高压开关中的绝缘拉杆及关键绝缘件需从日本、德国、瑞士等国进口，各开关设备生产厂家又从德国进口了环氧浇注生产设备，自己生产环氧浇注绝缘件。西电西材近年来采用自主研发的绝缘管与金属接头连接处采用表面无丝扣粘接的专利技术，为国内一些中小型开关企业提供PASS开关用真空压力浸胶成品。同时积极加快特高压进口产品国产化替代进程，500 kV～800 kV GIS组合电气封闭开关用绝缘拉杆及绝缘扭杆已完成用户装机验收试验，实现批量供货。1100 kV GIS组合电气封闭开关用绝缘拉杆、绝缘扭杆亦研发成功。

2 开关设备用环氧绝缘材料

2.1 开关设备用环氧树脂固体绝缘材料的生产工艺

开关设备中使用的环氧树脂绝缘材料及绝缘制品是以纤维织物作补强材料或以粉体作补强材料的两大类绝缘材料及绝缘制品，其粘合剂均为环氧树脂与固化剂及其他添加剂混合而成的胶黏剂，胶黏剂通过不同的制造工艺与补强材料粘合。用纤维织物作为补强材料，先制成绝缘型材，通过二次加工制成开关设备中需要的绝缘制品；用粉体作为补强材料，通过相应的制造工艺及模具直接浇注成开关设备所需的绝缘制品。

保证真空压力环氧浸胶制品质量的关键在于纤维织物的浸透性要好，环氧树脂胶黏剂在低温下稳定性好，高温下黏度低，热失重小，粘合强度高。同时通过将纤维织物（如玻璃纤维布、聚酯纤维布、芳纶纤维布、玄武岩纤维布等）材料整齐平铺堆积到密封模具中，在真空压力下浸渍环氧树脂胶黏剂，固化而成真空环氧浸胶绝缘板，经二次机加工制成开关的板状绝缘拉杆、联板、支撑板、螺杆、螺栓固定件等绝缘结构件。

2.2 SF6开关设备对固体绝缘材料及绝缘件的技术要求

绝缘拉杆是瓷柱式、罐式、GIS、HGIS开关设备中通用型绝缘零件。其他绝缘零件有瓷柱式开关中的电阻绝缘管、罐式开关中的电容器绝缘管；罐式、GIS、HGIS开关设备中的绝缘支持筒、绝缘支持台和通孔、不通孔盆式绝缘子。开关设备投入电网运行后，绝缘件质量可靠性必须100%，SF6开关设备要求投入运行后不得出现任何质量问题，即保证绝缘件装配前各项技术指标检测合格，装机后要随机投入电网运行30年不得更换。因此，根据绝缘件类型及使用部位，对绝缘件提出了相应的技术要求和规定，主要的技术要求和规定如下。

（1）机械强度。绝缘拉杆及其他受力绝缘结构件的抗拉强度、弯曲强度、扭曲强度等应达到相应零件的要求。

（2）电性能。绝缘拉杆及其他绝缘结构件应能耐受相应电压等级的工频耐受电压，在1.1倍相电压下测局放值≤3 PC，相应电压等级还应能耐受相应的雷电冲击电压。

（3）耐化学性能。绝缘拉杆及其他绝缘结构件用绝缘材料本身应具有耐酸、碱，耐各种化学药物的腐蚀，装入SF6开关中的绝缘件能耐受开关在开断后SF6分解物的腐蚀。

（4）耐气候性。开关设备中的关键绝缘件在规定气候条件下服役期间应无裂纹、开裂，表面无异常。

（5）除上述要求外，环氧浇注绝缘件还需水压、气体泄漏、X射线探伤检测，在规定时间内无泄漏、内部无气隙、裂纹等异常现象。

（6）凡是绝缘拉杆类零件，在应用于产品之前必须通过10 000次随机寿命试验而不被损伤，否则不得应用于开关设备。

2.3 SF6开关设备用固体绝缘材料制品的制造水平及性能比较

20世纪80年代中期，国内大型开关设备制造企业引进SF6开关设备制造技术，配套开关设备中的关键绝缘零件——绝缘拉杆都是从瑞士AXLCD公司或德国ISOLA公司进口，进口的绝缘拉杆中的补强材料都是聚芳纤维，采用干法缠绕后装入浸胶大罐进行真空压力环氧树脂浸胶成型，再经二次加工制成绝缘拉杆，制品的机械、电气性能均达到了需方要求。

SF6开关设备中使用的两大类绝缘制品质量早已赶上进口绝缘件，个别性能还优于进口绝缘件，例如用真空压力浸胶管制成的绝缘拉杆破坏拉力实测值高于同种进口绝缘拉杆的实测值；环氧浇注成型的盆式绝缘子水压试验实测值也高于进口同种产品的实测值。但自制绝缘件外观精细程度、成品包装比进口绝缘件逊色。

真空压力环氧浸胶制品制造工艺技术起源于西材公司，经历了油开关时代，发展到SF6开关时代。制品用于SF6瓷柱式、罐式、GIS、HGIS开关设备中的绝缘拉杆及其他绝缘结构件。在发展过程中，我国自主研发出了真空压力浸胶玻璃纱棒，填补了真空压力浸胶材料(即无气隙材料)制品的空白，结束了采用真空压力浸胶板经后续加工成真空压力浸胶棒的历史。与真空压力环氧浸胶制品相比，真空浸胶玻璃纱棒的材料利用率提高了40%。真空压力浸胶管与真空压力浸胶纱棒性能列于表1。

表1 环氧树脂真空压力浸胶板、真空压力浸胶玻璃纱棒性能

西开电气、平高电气、新东北电气、思源电气、泰开电气等大中型开关制造商相继建起了自己的配套环氧浇注生产线。西电西材作为绝缘材料专业生产厂家，也建立了专门的浇注生产线，经30多年的研发、创新，所生产的126 kV～1100 kV盆式绝缘子、绝缘法兰、绝缘拉杆、绝缘支持件、绝缘筒台、绝缘板等产品广泛用于国内中大型高压开关制造厂家，而且550 kV～1100 kV盆式绝缘子水压实测值高于进口的同种盆式绝缘子，其他结构的绝缘支持筒、绝缘支持台等浇注绝缘件的力学、电气性能均达到或高于相应的技术要求。环氧浇注绝缘件的主要技术性能见表2。

表2 环氧浇注绝缘件主要技术性能

3 结束语

提高绝缘件质量，让开关用户放心使用国产绝缘拉杆及其他绝缘结构件，是绝缘材料、绝缘制品制造企业贯穿始终的宗旨。尽管国产绝缘拉杆的内在质量、试验实测数据比进口同种绝缘拉杆实测数据高，但多年来习惯使用进口绝缘拉杆的开关的企业总是对国产绝缘拉杆存有疑虑。究其原因，国产绝缘件整体质量的一致性、稳定性较差。只有进一步提高国产绝缘件整体质量的一致性，持续提高绝缘拉杆制造技术的稳定性，赢得开关用户的信任，才能让开关用户放心使用国产绝缘拉杆。