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绝缘予和富压套管
第六章绝缘子和高压套管
第一节绝缘子
一、概述
架空输电线路的导线、变电所的母线和各种电气设备的带电体,都需要用绝缘子支持,使之与地绝缘。
在运行中,绝缘子承受着工作电压和各种过电压的作用,承受着导线质量、自重、覆冰质量、风力、系统短路电动力、设备操作机械力以及震动力等作用;此外,由于绝缘子大多数暴露在大气中工作,还受到大气条件变化以及环境污染的影响,工作条件是非常恶劣的。
因此,对绝缘子的性能要求是多种多样的,一般可以概括为机械性能、电气性能和热稳定性三方面。
绝缘子按其绝缘体内最短击穿距离是否小于其外部空气的闪络距离的一半,分为“可击穿型”和“不可击穿型”两类。
因空气的击穿强度比固体介质的击穿强度低。
故当电压升高时,不可击穿型在空气中首先发生闪络,绝缘体内部不会击穿。
可击穿型则内部有可能先被击穿。
绝缘子按应用场所不同,分为线路绝缘子和电站电器绝缘子。
其分类如下
可击穿型
不可击穿型
二、绝缘子检验项目
为了保证绝缘子满足各项机、电和冷热性能要求,对出厂的绝缘子要进行检验。
检验标准和方法按GB775—87《绝缘子试验方法》、GB311—83《高压输变电设备的绝缘配合高电压试验技术》、JB3568—84《盘形悬式绝缘子串元件的热机械性能试验方法》等有关标准及技术条件进行。
1.例行试验项目
对制成的每一个绝缘子都要进行例行试验,以剔除有制造缺陷的制品,其试验项目见表6—1。
2.抽查试验项目
在例行试验合格的一批产品中,任意抽取一定数量的绝缘子进行抽查试验,其目的是检查制造绝缘子的原材料质量和工艺方法是否合适。
绝缘子分批以及抽取数量按相应标准规定
进行,其试验项目见表6—2。
表6-1绝缘子例行试验项目
绝缘子种类
尺寸及外表检查
例行机械试验
例行电气试验
瓷件超声波探伤
钢化下班件热冲击和冷冲击试验
介质损失测量
局部放电测量
密封检查
拉伸
弯曲
内压
工频火花
耐压
瓷壁耐压
针式绝缘子
√
√
盘形悬式绝缘子
瓷
√
√
钢化玻璃
√
√
√
瓷横担绝缘子
√
√
√
支柱绝缘子
可击穿型
√
√
√
不可击穿型
√
√
纯瓷穿墙套管
√
√
高压瓷套
主绝缘用
√
非绝缘用
√
√
容器及支持用
√
√
高强度瓷套
√
√
电容式套管
油纸
√
√
√
√
√
胶纸
√
√
√
√
√
3.型式试验项目
在新产品定型或者产品修改结构、改变原材料配方和工艺方法时应进行型式试验(也可根据改变的性质进行部分型式试验),目的是检查绝缘子的结构设计、材料和工艺方法是否合适,试验项目包括表6—1一表6—3所列的全部项目。
第二节高压套管
一、高压套管特点和分类
1.特点
(1)套管的一个电极插入另一电极的内部,是一种典型的“插入式”结构,中间法兰边缘电场十分集中,容易导致表面滑闪放电。
(2)电压等级较高的套管,其内绝缘结构比较复杂,往往采用组合绝缘材料,并存在有局部放电问题。
(3)有导体发热、介质损耗和热击穿等问题。
表6-2绝缘子抽查试验项目
绝缘子种类
尺寸及外表检查
机械破坏试验
机电联合试验
工频穿试验
冷热试验
孔隙性试验
锌层检查
电晕电压测量
热态介质损耗测量
弯曲
扭转
内压
1h
破坏
针式绝缘子
√
√
√
√
√
盘形悬式绝缘子
瓷
√
√
√
√
√
√
√
钢化玻璃
√
√
√
√
√
√
瓷横担
√
√
√
√
√
支柱绝缘子
可击穿型
√
√
√
√
不可击穿型
√
√
√*
√
√
纸瓷穿墙套管
√
√
√
√
√
√
√**
高压瓷套
主绝缘用
√
√
非绝缘用
√
√
容器及支持用
√
√
高强度瓷套
√
√
电容式套管
油纸
胶纸
√
注“√”表示应试验项目。
*仅对户外棒形支柱绝缘子进行。
**仅对20kV及以上套管进行。
表6—3绝缘子型式试验项目①
绝缘子种类
冲击闪络或耐受试验
工频闪络或耐受试验
拉伸破坏试验
长期温升试验
热稳定电流试验
内压耐受试验
瓷壁工频击穿试验
弯曲耐受试验
热态介质损稳定试验
干
湿
针式绝缘子
√
√
√
盘形悬式绝缘子
瓷
√
√
√
钢化玻璃
√
√
√
瓷横担绝缘子
√
√
支柱绝缘子
可击穿型
√
√
√
√
不可击穿型
√
√
√
√*
纯瓷穿墙套管
√
√
√
√
√
高压瓷套
主绝缘用
√
非绝缘用
√
容器及支持用
√
√
高强度瓷套
√
√
电容式套管
油纸
√
√
√
√
√
胶纸
√
√
√
√
√**
注:
“√”表示应试验项目
①本表仅包含表6—l、表6—2例行和抽查试验项目以外的型式试验项目。
*仅对户内支柱绝缘子进行。
**仅对60kV及以上变压器套管进行。
2.分类
按绝缘结构和主绝缘材料分类如下:
(1)单一绝缘套管
(2)复合绝缘套管
(3)电容式套管
高压套管也可以根据用途不同而分为穿墙套管和电器套管两大类。
电器套管又可按具体配套对象分为变压器、互感器、断路器和电容器套管等。
目前,35kV及以下多用纯瓷套管和充油套管,60kV及以上多用胶纸、油纸电容式套管。
随着全封闭组合电器的发展,充气套管和树脂套管也得到了发展。
二、高压套管绝缘结构
1.纯瓷套管绝缘结构
纯瓷套管结构有两类,一类是有空气腔绝缘的,见图6—1;另一类是空气腔被短路的,即瓷套内壁有导电层并与载流导体用金属连接,见图6—2。
由于电晕,一般前者适用于较低电压(10~20kV),后者适用于较高电压。
20kV以上的穿墙套管,为了克服滑闪问题,常在法兰两边设置大裙并涂覆导电层,以均匀电场。
导电层一般采用半导体釉或喷铝,采用半导体釉性能较好。
2.充油套管绝缘结构
充油套管在35kV及以下电力变压器和试验变压器上用得较多。
60~220kV级充油套管虽结构简单、制造方便,但因直径大、性能较差,已被电容式套管所取代。
电压较低(20kV及以下)的充油套管,其径向以导体和瓷套间的变压器油绝缘,瓷套起外绝缘和径向附加绝缘的作用。
电压较高的充油套管,由于油隙加大和导体附近电场增高,通常需在导体外面套上绝缘管或包电缆纸(5~15mm),以减弱油中最大场强,缩小径向尺寸。
当电压更高时,由于油隙加得很大,往往在油隙中插入几个胶木筒,把大油隙变成几个小油隙,以提高油的击穿强度,这种结构通常也称油屏障绝缘。
充油套管的油一般与设备本体油连通,称为连通型。
若套管安装在设备上,当设备注满油后,套管内腔不能充满油,就要用独立型充油套管(套管内的油与设备油不连通)。
连通型充油套管又可分为穿缆式和导杆式两种,见图6—3,前者油中部分较短;安装比较方便,但电流大时穿引电缆困难,故常在600A以下使用;后者则用于各电流等级,为了保证电气性能和改善散热,对35kV及以上的套管和电流大于600A的20kV及以下的套管,尚需在顶部设置
放气孔,并使套管内腔充满变压器油。
3.电容式套管绝缘结构
电容式套管一般由电容芯子、瓷套、连接套筒和其它固定附件所组成。
电容芯子为套管的主绝缘,瓷套作为外绝缘和保护芯子的容器。
油纸电容芯子是以电缆纸和油作为绝缘。
胶纸电容芯子是以涂有酚醛树脂(110kV以下)或涂有环氧树脂的卷绕纸作为绝缘。
电极一般用铝箔,也有用半导体镶边的铝箔或半导体箔改善电极边缘的局部放电特性,近来还有用金属化纸和半导体纸共同组成电极的。
油纸芯子的两端切割成阶梯状。
胶纸芯子的两端一般车削成锥形,表面涂绝缘漆以提高防潮能力和电气性能。
油纸套管由于芯子必须全部浸在优质变压器油中工作,因而上下均有瓷套。
其整体连接通常采用弹簧压紧的方法(见图6—4),有时为了提高套管的弯曲强度,在瓷套和连接套筒的连接处还辅以机械卡装措施。
充变压器油的套管,为防止油变质影响芯子性能,需采用完全与外界隔绝的密封结构,因此需设油枕以免运行时内部产生过高的压力。
垂直安装的套管,油枕一般设在顶部;水平安装的电容式穿墙套管,其油枕一般在连接套筒上用管子另行接出。
为了保证密封,套管在一端设有弹性板。
以补偿导管和其它零部件间因温度变化而产生的长度差异。
为便于检测,还设有油表和取油装置等附属结构。
60kV以上的电容式套管,一般设有介质损耗测量端子,用小瓷套自末屏(芯子最外层电极)引出,运行时接地,以便不从电器上卸下套管即可测量芯子的介质损耗。
有的套管还从芯子最外层的前一层电极引出抽头,作为电压测量用。
用于变压器的电容式套管,一般采用穿缆式接线。
由引入中心导管的电缆载流。
尾部为了屏蔽零部位尖角,缩小与变压器箱壳的绝缘距离,带有绝缘覆盖的均压球。
电容式穿墙套管和油断路器套管,直接以中心导管载流,通过接线板连接。
第三节工厂试验
一、电气试验
绝缘子的电气试验包括雷电冲击电压、操作冲击电压、工频电压耐受和闪络试验,还有
工频火花电压试验、油中击穿电压试验、绝缘电阻试验,支柱和悬式绝缘子串在运行中测量
电压分布。
前面几种耐受和闪络试验的方法与标准见GB311.2~GB311.6—83《高电压试验技术》。
表6—4示出了后面几种电气试验方法。
二、机械试验
绝缘子的机械试验包括机械和机电联合试验,其试验方法见表6—5。
三、冷热试验
试品先浸入热水浴中,经过一定时问后迅速移人相隔一定温差的冷水浴中,经过相同时问后取出(此过程称为一个循环)并迅速移人热水浴中,依次循环进行。
各类瓷绝缘子的冷热性能试验指标见表6—6。
四、物理和化学性能试验
1.孔隙性试验
试验时将上釉不超过试块面积一半的瓷试块(从瓷件最厚部分选取)放入0.5%品红酒精溶液中(1000g浓度不低于50.%的酒精中含有5g品红),在压力不低于14.71MPa情况下维持一段时间,其时间(h)与压力(MPa)的乘积应不少于60,然后将试块取出和烘干,击碎后断面应无渗透现象。
2.瓷件超声波检查
试验时,超声波探伤仪应有足够的功率和灵敏度。
一般采用2.5MHz的频率,使用脉冲反射法,纵波探伤。
探伤前先用与试品相同型号的瓷件标准试样(人工缺陷试样)确定探测灵敏度。
检查时试品被测面应先光洁平整,与探头接触处应敷一层接触剂(如水等),并施加一定的压力,使探头与试品接触良好。
分别在被测面上均匀移动进行探测,观察其示波图,并进行分析判断,较长的瓷件应在其两端面上进行探测。
此外,还可以在瓷件圆柱侧表面上进行探测。
表6—4绝缘子电气试验方法
试验名称
适用范围
试品和试验装置
试验程序
工频火花电压试验
可击穿型绝缘子
试品须清洁、干燥。
针式和悬式绝缘子倒置,其它类似使用装置
在绝缘子两电极间施加工频电压,使一半以上试品表面发生连续火花放电,试验持续一定时间,一般为3—5min。
试验终结时,试品不应有开裂或异常发热
工频击穿电压试验
35kV及以下可击穿型绝缘子
试品须清洁、干燥,根据试品类别装置,试验时绝缘子完全浸入绝缘油门
在绝缘子两电极间施加工频电压,并迅速升高,直到绝缘子击穿为止。
击穿电压值不应低于额定值
瓷壁工频击穿电压试验
高压瓷套
试品两面覆以面积不小于10cm2的金属薄片,试品尺寸应保证在加上额定击穿电压后不致产生表面放电,试验可在绝缘油①中或空气中进行
在两电极间施加工频电压,升高直至击穿为止。
不同瓷件壁厚δ的额定工频击穿电压Uj应不小于下表规定值
δ(mm)
10
15
20
25
Uj(kV)
65
80
90
100
δ(mm)
30
40
50
60
Uj(kV)
105
115
125
135
瓷壁耐压试验
部分绝缘用高压瓷套
将瓷套一端封闭,注满水。
或者在瓷套内孔壁贴上金属极板作为内电极。
外电极可以是湿布或金属链条等,将其安放在伞棱下面或其它部位。
对于接坯法成型的瓷件,电极必须加在每一接口处
在两电极间施加工频电压,升压至Uj值的一半,维持1min,不应发生击穿
①绝缘油在间隙为2.5mm的标准试验器中,击穿电压应不低于10~20kV。
绝缘油的电气性能对工频击穿电压影响很大。
3.热镀锌层均匀性试验
试验时先对附件进行表面处理,除去附着的油脂,再按规定次数浸入中性过滤过的硫酸铜溶液中,每次浸渍1min。
每次浸渍后,附件应在流动的水中用非金属刷子刷洗,并用软布擦干,除最后一次浸渍外,应立即浸于溶液中。
最后一次浸渍后,在镀层表面不应附有擦洗不掉的红色金属铜沉淀。
试验期间硫酸铜溶液温度应保持在18~22℃(20℃时其密度应为1.170±0.010)。
第四节预防性试验
一、绝缘子预防性试验
为保证电力系统安全运行,应定期对运行中的绝缘子进行检测,检测项目一般有测量绝缘电阻、电压分布和交流耐压三项。
交流耐压可以代替绝缘电阻和电位分布测量。
(一)测量绝缘电阻
由多元件组合的绝缘子,其绝缘电阻的测量,可在停电和带电情况下进行;而单元件绝缘子则只能在停电下测量。
影响绝缘电阻测量结果的因素很多,如温度、湿度、绝缘子表面清洁及干燥程度等。
测量应在良好天气下进行,用2500V兆欧表测量多元件支柱绝缘子的每一元件的绝缘电阻。
表6—5绝缘子机械试验方法
试验名称
适用范围
试品和试验装置
试验程序
弯曲破坏试验
针式、瓷横担、支柱绝缘子和套管等
将试品一端牢固地固定在试验机上,在另一端垂直于轴线方向施加负荷
平稳地升高负荷直至破坏,破坏值不应低于额定值
拉伸破坏试验
支柱绝缘子等
将试品按近似正常使用情况装置在实验机上,并沿试品轴线方向施加负荷
平稳地升高负荷直至破坏,破坏值不应低于额定值
扭转破坏试验
棒形支柱绝缘子
将试品安装在试验机上,应使试品不受弯矩
平稳地升高负荷直至破坏,破坏值不应低于额定值
内压破坏试验
高强度瓷套和容器用高压电器瓷套
将试品两端按近似正常使用情况密封,试品内腔注满水
平稳地升高负荷直至破坏,破坏值不应低于额定值
1h机电负荷试验
盘形悬式绝缘子
将洁净、干燥的试品成串地安装在试验机上,在试品的帽脚间施加电压
先沿试品轴线方向施加拉力至规定数值,然后施加约为75%~80%的额定工频干闪络电压,在此机电负荷下维持1h试品不应损坏或击穿
机电破坏试验
盘形悬式绝缘子
将洁净、干燥的试品安装在试验机上,并应用机电强度高一级或二级的绝缘子与试品串接,两者连接处接高压线,试品与试验机连接端接地
将电压和拉力同时加于试品上,电压值约为75%~80%的额定工频干闪络电压,升高拉力直至破坏或击穿为止,发生击穿或破坏时的拉力不应低于额定值
注例行拉伸、弯曲或内压负荷试验方法与相应的破坏试验相似,仅负荷升高至额定例行试验负荷(一般为额定破坏负荷的50%~60%)维持15~16s,这时绝缘子不应发生损伤。
带电测量绝缘子的绝缘电阻是借高电阻接至带电的绝缘子上,并用处于地电位的兆欧表进行测量,从测得的电阻值中减去高电阻的电阻值,即为被测绝缘子的绝缘电阻。
带电测量绝缘子绝缘电阻的原理接线如图6—5所示。
电阻R按10~20kΩ/V、O.5~1.5kV/cm来选择,每单个电阻的容量为1~2W;C是接地电容,可使兆欧表处于地电位。
C的绝缘电阻应达到兆欧表的最大量限,以保证测量的准确度。
C的电容量为O.01~O.05μF,电压要求能承受直流3000V以上。
(二)测量电压分布
悬式绝缘子串中的每个绝缘子及支柱绝缘子的各元件上的电压分布,是与各元件的电容量成反比分布的。
各元件的电容量受对地电容和对导线电容的影响,对地电容使靠近导线的绝缘子分担的电压较高;对导线的电容使远离导线的绝缘子分担的电压较高;通常绝缘子本身的电容量大于对地及对导线的电容量,而对地电容又大于对导线的电容。
因此,悬式绝缘子串和支柱绝缘子的电压分布,都是靠近导线部分的比靠接地部分的电压分布高些,中部分布的电压较低。
运行中的绝缘子由于受表面电导的影响,潮湿状态的污秽绝缘子,由于电导显著增加,电压分布不完全决定于电容,在很大程度上取决于绝缘子的表面电阻。
所以电压分布不均匀程度将减小。
干燥条件下的污秽绝缘子与正常情况下的电压分布差不多,但绝缘良好的和劣化了的,其电压分布有显著差别。
当绝缘子串中有劣化绝缘子时,其电压分布的百分数将与正常情况的分布不同,劣化绝缘子上分布的电压一般为正常值的50%以下,因而使电压分布曲线发生畸变;当劣化绝缘子已贯穿导通时,其分布的电压为零,电压转移到串中其它绝缘良好的绝缘子上,这时与劣化绝缘子靠近的绝缘子分担的较高。
劣化程度相同的绝缘子在串中所处的位置不同,其分担的电压也不相同。
因此,可利用测量电压分布的办法来检测劣化绝缘子。
测量方法,可用电阻分压杆或电容分压杆。
表6-6各类瓷绝缘子冷热性能试验指标
绝缘子类别和尺寸(mm)
温差
(℃)
循环
次数
备注
针式、悬式以及低压绝缘子
70
2
瓷横担绝缘子,35kV及以下纯瓷穿墙套管
60
2
户内支柱绝缘子
一般
60
2
d≥130,不击穿型绝缘子
50
2
d——瓷件最大杆径
户外棒形支柱绝缘了子
一般
60
2
H≥1200,d≥130者
50
2
H——产品总高;
D——瓷件最大外件;
δ——瓷件最大壁厚;
d——瓷件最大杆径;
当按瓷件直径、高度和壁厚确定的温差值不相同时,以较小的温差值作为试验值
高
压
瓷
件
可击穿型及空心瓷件
D≤400
H≤1000
δ≤40
70
2
400<D≤750
1000<H≤1500
40<δ≤50
60
2
750<D
1500<H
50<δ
40
2
不可击穿型瓷件
d≤50
—
—
70
2
50<d≤130
—
—
60
2
130<d
—
—
50
2
1.电阻分压杆
图6—6(a)、(b)是表示测量两点之间电位差的外部接线和内部连接图;图6—6(c)、(d)是测量某点对地电位的外部接线和内部连接图。
前者用于测量110kV及以上的变电所和线路绝缘子串的电压分布;后者用于测量35kV变电所内的支柱绝缘子上各层的电压分布。
图6—6中电阻杆的电阻值,可按10~20kΩ/V、O.5~1.5kV/cm选择,每个电阻容量1~2W;整流管采用锗或硅二极管;滤波电容C一般为O.1~5μF;微安表量程选用50~100μA。
这种测量杆通称电阻分压杆,测量时应预先在室内校出电压和微安表读数的关系曲线,或将微安数直接换成相应的电压刻度,这样,便可直接读出电压数值。
为保证测量的安全和结果准确,测量回路的接地端应可靠接地。
2.电容分压杆
将电阻分压杆的电阻串和桥式整流的微安表,换成一个能承受被测电压的高压电容器和一个小量程的指针式静电电压表串联,即构成电容分压杆。
X—4.5型悬式绝缘子每片电容量约40pF。
35kV柱式绝缘子的电容量约50pF。
按有关规定,电压分布的测量误差应控制在10%以内。
因此,电容分压杆电容量的数值不宜太大,一般选3~5pF、电压约40kV的高压电容器即可,并要求电容器的电容量要稳定,其绝缘电阻不应低于8000~10000MΩ。
测量前应预先校好被测电压与静电电压表指示的关系曲线,以便在现场根据静电电压表的指示,查出绝缘子上分布的电压。
以上两种检测杆的绝缘杆均应按带电作业的要求进行试验合格,其保护接地应牢靠地接
于操作人员接触操作杆的上部,以保证人身安全。
带电检测绝缘电阻和电压分布均应在电网
正常运行和良好天气下进行。
二、套管试验
电容型套管的绝缘试验项目与电容型电流互感器相同,试验方法也差不多,只不过对具
有抽压和末屏端子引出的高压套管,可分别测量其介质损失角正切值。
(1)测量导电杆对接地端子(末屏)的tgδ,非测量的抽压端子接末屏端子,将C2短路,如图6—7(a)所示。
(2)测量导电杆对抽压端子的tgδ。
非测量的末屏端子悬空,如图6—7(b)所示。
(3)测量抽压端子对接地端子的tgδ导电杆悬空。
这时的测量电压不应超过该端子的正常工作电压,一般为2~3kV,如图6—7(c)所示。
以上3种测量,电桥均采用正接线,测得的tgδ值应符合有关规定。
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- 关 键 词:
- 绝缘 套管