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環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2020-03-09 15:55

氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)廣泛用于電力系統(tǒng)。GIS在運(yùn)行時(shí),其內(nèi)部充有高壓六氟化硫(SF6)氣體,SF6氣體是一種良好的高壓設(shè)備絕緣介質(zhì),具有很高的電介質(zhì)強(qiáng)度、出色的絕緣性能和滅弧性能。絕緣子(隔板)是GIS中使用最廣泛的關(guān)鍵零部件,其具有良好的電性能和優(yōu)異的強(qiáng)度,在高電壓大電流導(dǎo)體與接地罐體之間起著隔離、支撐固定的作用。GIS中絕緣子的重要作用之一就是把一個(gè)氣室與其他氣室隔離開。

 

由于絕緣子兩側(cè)的壓力不同,絕緣子必須能承受規(guī)定壓力而不發(fā)生破裂。絕緣子中環(huán)氧樹脂固化后為脆性材料,如果使用氣體(通常為氮?dú)饣騍F6)進(jìn)行壓力試驗(yàn),氣體壓縮性較大會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂破裂后碎片飛濺造成人身傷害,因而一般使用水壓代替氣壓進(jìn)行絕緣子壓力試驗(yàn)。絕緣子通常用環(huán)氧樹脂通過澆注工藝包裹金屬導(dǎo)體得到。在絕緣子的質(zhì)量檢測(cè)中,除了電性能之外,絕緣子的水壓氣密性也是必檢項(xiàng)目。

 

絕緣子在出廠檢測(cè)時(shí)需進(jìn)行水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn),檢測(cè)效率較低,如果能夠?qū)⑦@兩種試驗(yàn)合并進(jìn)行,檢測(cè)效率將會(huì)提升。

 

水壓及氣密性的檢測(cè)要求

絕緣子的種類

高壓電氣系統(tǒng)中所用絕緣子按外形分為盤式絕緣子、盆式絕緣子等;按導(dǎo)體相數(shù)分為單相絕緣子、三相絕緣子等,如圖1所示。

環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

圖1 不同種類的絕緣子宏觀形貌

 

絕緣子水壓及氣密性的檢測(cè)要求

通常按照GB 7674-2008«額定電壓72.5kV及以上氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備»通過壓力試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)對(duì)絕緣子的水壓和氣密性進(jìn)行檢測(cè)。

 

GB 7674-2008將絕緣子的壓力試驗(yàn)分為例行壓力試驗(yàn)和型式壓力試驗(yàn)。例行壓力試驗(yàn)是在國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行的出廠試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)或運(yùn)行中的定期試驗(yàn);型式壓力試驗(yàn)是在設(shè)計(jì)完成后,對(duì)試制出來的新產(chǎn)品進(jìn)行的定型試驗(yàn),其試驗(yàn)項(xiàng)目的數(shù)量比例行壓力試驗(yàn)項(xiàng)目的多且試驗(yàn)要求更加嚴(yán)格和苛刻。

 

GB 7674-2008對(duì)水壓的例行壓力試驗(yàn)規(guī)定:每個(gè)隔板應(yīng)承受兩倍設(shè)計(jì)壓力的壓力試驗(yàn)1min。GB 7674-2008對(duì)水壓的型式壓力試驗(yàn)規(guī)定:型式試驗(yàn)壓力應(yīng)大于三倍的設(shè)計(jì)壓力試驗(yàn)1min。GB 7674-2008對(duì)例行水壓試驗(yàn)、型式水壓試驗(yàn)的升壓速率規(guī)定:壓力應(yīng)以不超過400Pa·min-1的速率上升直到試樣出現(xiàn)破裂。

 

GB 7674-2008對(duì)泄漏試驗(yàn)規(guī)定:封閉壓力系統(tǒng)在設(shè)備運(yùn)行壽命期間,每年從氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備的任意單個(gè)隔室到大氣或隔室間的漏氣率不應(yīng)大于0.5%。

 

絕緣子水壓試驗(yàn)方法

絕緣子水壓試驗(yàn)原理

絕緣子水壓試驗(yàn)原理:根據(jù)GB 7674-2008,將絕緣子裝入水壓檢測(cè)工裝后,采用升壓裝置將壓力以400Pa·min-1的速率上升到設(shè)計(jì)壓力,如果絕緣子在該壓力下保持1min未破裂,表明其符合設(shè)計(jì)要求。

 

絕緣子手動(dòng)水壓試驗(yàn)

升壓方式采用手動(dòng)升壓的絕緣子水壓試驗(yàn)稱為絕緣子手動(dòng)水壓試驗(yàn)。壓力以不大于400Pa·Pa·min-1的速率上升到例行壓力試驗(yàn)或型式壓力試驗(yàn)對(duì)水壓的要求值并在該壓力下保持1min后泄壓。該試驗(yàn)方法的缺點(diǎn)為工作效率低,工作強(qiáng)度較大。

 

絕緣子電動(dòng)水壓試驗(yàn)

升壓方式采用電動(dòng)泵升壓的絕緣子水壓試驗(yàn)稱為絕緣子電動(dòng)水壓試驗(yàn)。該試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)為工作效率高,工作強(qiáng)度較小;缺點(diǎn)為升壓速率高且不可調(diào)節(jié),在1min內(nèi)可將水壓從0上升到2.4MPa,會(huì)導(dǎo)致新問題,即升壓速率遠(yuǎn)超過GB 7674-2008規(guī)定的“升壓速率應(yīng)不超過400Pa·Pa·min-1”,該試驗(yàn)對(duì)升壓速率的控制有待進(jìn)一步改進(jìn)。

 

絕緣子氣密性試驗(yàn)方法

絕緣子氣密性試驗(yàn)原理

絕緣子氣密性試驗(yàn)原理如圖2所示。將絕緣子裝入氣密性檢測(cè)工裝后抽真空,靜置檢測(cè)無泄漏后,充入氦氣或SF6氣體,檢測(cè)其氣密性,看是否符合GB 7674-2008對(duì)絕緣子氣密性的要求。

環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

圖2 絕緣子氣密性試驗(yàn)原理示意圖

 

絕緣子氣密性試驗(yàn)

絕緣子氣密性試驗(yàn)中常用的檢漏方法包括泡沫檢漏法、氦質(zhì)譜技術(shù)檢漏法、SF6氣體檢漏法等,上述檢漏方法在使用時(shí)要按檢漏要求的不同區(qū)分使用,以適應(yīng)不同工況的要求。

 

(1)泡沫檢漏法。將絕緣子裝在專用檢漏工裝上充氣加壓后,在絕緣子的環(huán)氧樹脂與嵌件的結(jié)合面(可能發(fā)生泄漏處)涂抹肥皂水,根據(jù)是否出現(xiàn)氣泡判斷是否漏氣。該方法的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)結(jié)果直觀可靠,缺點(diǎn)是工作量較大。

 

(2)氦質(zhì)譜技術(shù)檢漏法。將絕緣子放置于氦質(zhì)譜技術(shù)檢漏設(shè)備中,抽真空后注入氦氣,檢測(cè)氦氣的漏氣率,檢測(cè)完成后回收氦氣。該方法的優(yōu)點(diǎn)是檢漏效率高、靈敏度高、性能穩(wěn)定、適用范圍寬,通常采用吸探頭法(又稱吸槍法)和護(hù)罩法,缺點(diǎn)是僅適用于小型絕緣子的檢漏。

 

(3) SF6氣體檢漏法。將絕緣子放置于SF6氣體檢漏設(shè)備之中,抽真空后注入SF6氣體,靜置一定時(shí)間后檢測(cè)SF6氣體的漏氣率,檢測(cè)完成后回收SF6氣體。該方法可分為主動(dòng)式檢漏法和被動(dòng)式檢漏法。主動(dòng)式檢漏法主要包括鹵化物檢測(cè)法、激光成像法等;被動(dòng)式檢漏法主要包括包扎檢測(cè)法、紅外成像法和傳感器測(cè)量法等。GIS電力設(shè)備用SF6氣體檢漏一般采用激光成像法、紅外成像法和傳感器測(cè)量法等。SF6氣體檢漏法的優(yōu)點(diǎn)是成熟可靠,缺點(diǎn)是充入SF6氣體后必須靜置10~20h,耗時(shí)較長。

 

絕緣子水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

在水壓工裝中注入潔凈的自來水,水的體積占整個(gè)工裝體積的90%,將絕緣子安裝在水壓工裝水中的最高點(diǎn)(接近水面處),使隨后充入的氮?dú)饧性诮^緣子金屬導(dǎo)體與環(huán)氧樹脂的結(jié)合面,放上護(hù)蓋,裝入水壓工裝絕緣子的宏觀形貌如圖3所示。

環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

圖3 裝入水壓工裝絕緣子的宏觀形貌

 

連接相關(guān)管道及檢測(cè)儀表,將水壓工裝的升壓動(dòng)力改為壓縮氮?dú)鈮毫υ?,?00Pa·min-1的升壓速率將壓力升至例行壓力試驗(yàn)要求的壓力,在該壓力下保持1min后,將氣壓調(diào)節(jié)為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍。根據(jù)絕緣子中心導(dǎo)體與環(huán)氧樹脂結(jié)合面處的氣泡情況判斷絕緣子的氣密性。如果在試驗(yàn)中絕緣子有氣泡(見圖4)、開裂(見圖5)和異響等問題,即可判定絕緣子氣密性不合格,可進(jìn)一步分析故障原因加以改進(jìn)。

環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

圖4 試驗(yàn)中產(chǎn)生氣泡的絕緣子宏觀形貌

環(huán)氧樹脂澆注絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法

圖5 試驗(yàn)中開裂的絕緣子宏觀形貌。

 

該試驗(yàn)方法中,氮?dú)饧性诮^緣子金屬導(dǎo)體與環(huán)氧樹脂的結(jié)合面,氣體體積僅占到工裝總體積的1/10,避免了絕緣子破裂后大量壓縮氣體沖擊環(huán)氧樹脂碎片而造成人員傷害。氮?dú)庥煽諝夥蛛x得到,因而不存在SF6氣體使用不當(dāng)造成的大氣污染以及溫室效應(yīng)等問題。此外,對(duì)水壓要求相同的絕緣子,可通過氣壓分接接頭連接2~3件絕緣子同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn),提高了工作效率。雖然絕緣子水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法無法和氦質(zhì)譜技術(shù)檢漏法、SF6氣體檢漏法一樣進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析,但可對(duì)絕緣子的漏氣缺陷進(jìn)行定性檢測(cè),通過近4a(年)的實(shí)踐觀察,該試驗(yàn)方法可同時(shí)滿足對(duì)絕緣子的水壓及氣密性的檢測(cè)要求。

 

結(jié)論

采用絕緣子的水壓及氣密性綜合試驗(yàn)方法,將絕緣子水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)合并為一次試驗(yàn),提高了檢測(cè)效率,縮短了生產(chǎn)周期,實(shí)現(xiàn)了絕緣子質(zhì)量檢測(cè)的安全、環(huán)保和節(jié)能。

 

建議結(jié)合使用自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)升壓調(diào)控,并采用計(jì)算機(jī)控制攝像頭進(jìn)行自動(dòng)拍攝并將試驗(yàn)記錄存入計(jì)算機(jī)以便查詢。

 

作者:王光明,工程師,西安西電高壓開關(guān)有限責(zé)任公司

 

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來源:理化檢驗(yàn)王光明

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