环氧浇注绝缘子检测方法研究

王光明, 周清政, 张 辉

1.西安西电高压开关有限责任公司 西安 710018 2.平顶山市绝缘制品股份有限公司 河南平顶山 467002

1 研究背景

气体绝缘金属封闭开关设备广泛应用于电力系统,在运行时,内部充有高压六氟化硫气体。六氟化硫气体是一种良好的高压设备绝缘介质,具有较高的介质强度、良好的绝缘和灭弧性能。环氧浇注绝缘子是气体绝缘金属封闭开关设备中应用最多、最广泛的一种绝缘部件,可以对高电压大电流导体与罐体进行支撑、隔离、固定,同时使气体绝缘金属封闭开关设备中高压六氟化硫气体与外部环境隔绝,避免六氟化硫气体泄漏至大气中,对环境造成危害。

目前,环氧浇注工艺广泛应用于高压电气绝缘子的生产领域,环氧浇注件以良好的电性能、较高的机械强度成为气体绝缘金属封闭开关设备中的关键零部件。对环氧浇注绝缘子而言,除要进行电性能检测外,还要进行水压和气密性检测[1-12],笔者对环氧浇注绝缘子的水压和气密性检测进行研究。

2 绝缘子结构

高压电气领域中所使用的绝缘子,一般包括单相、三相盘式绝缘子和单相、三相盆式绝缘子。单相、三相盘式绝缘子分别如图1、图2所示,单相、三相盆式绝缘子分别如图3、图4所示。

图1 单相盘式绝缘子

图2 三相盘式绝缘子

图3 单相盆式绝缘子

图4 三相盆式绝缘子

3 水压和气密性检测要求

根据国标GB/T 7674—2008《额定电压72.5 kV及以上气体绝缘金属封闭开关设备》对绝缘子压力试验的规定,破坏试验时隔板所受压力应以不大于400 Pa/min的速率增大,直到出现破裂。国标同时规定,型式试验压力应大于3倍设计压力,例行试验压力应为2倍设计压力,时长均为1 min。

GB/T 7674—2008对泄漏试验的规定为,封闭压力系统在设备运行寿命期间,每年从气体绝缘金属封闭开关设备任意单个隔室到大气和隔室间的漏气率不应大于0.5%。

以上两方面规定即为环氧浇注绝缘子水压和气密性检测要求。

4 水压检测方法

绝缘子在气体绝缘金属封闭开关设备中的一个重要作用是在气室与气室之间进行隔离,由于绝缘子两侧压力不同,因此绝缘子必须承受国标规定的压力而不破裂。环氧浇注绝缘子所使用的环氧树脂为脆性材料,在进行气体压力检测时,气体压缩性强,绝缘子若发生破裂,破碎的环氧树脂会飞溅,进而对检测人员造成伤害。基于以上原因,针对环氧浇注绝缘子,生产厂家一般进行水压检测。

4.1 手动水压检测

环氧浇注绝缘子手动水压检测设备如图5所示。进行手动水压检测时,升压速率可以控制在400 Pa/min以下,使压力增大到国标规定的例行试验压力值或型式试验压力值,保持压力1 min后泄压。进行破坏试验时,以400 Pa/min的速率增大压力,直至绝缘子破裂。手动水压检测的缺点主要是效率低、劳动强度大。

图5 手动水压检测设备

4.2 电动水压检测

将手动升压装置更换为电动升压装置,可以提升升压速率,进而提高水压检测效率,减小检测人员的劳动强度。

环氧浇注绝缘子电动水压检测的缺点为升压速率过快,并且不可调节,几乎在1 min内可使水压自0增大至2.4 MPa,升压速率远远高于国标的压力试验规定值。由此,电动水压检测的结果是否能获得承认,值得商榷。环氧浇注绝缘子电动水压检测设备如图6所示。

图6 电动水压检测设备

5 气密性检测方法

常用的环氧浇注绝缘子气密性检测方法主要有泡沫气密性检测、包扎气密性检测、氦质谱气密性检测、六氟化硫气体气密性检测等,适用于不同的工况要求,以满足不同的气密性检测要求。

进行泡沫气密性检测时,在绝缘子可能的泄漏点处涂抹肥皂水,对绝缘子进行充气加压,观察是否有气泡出现。泡沫气密性检测较为直观,但前提是需要判断漏气点的大致位置,因此工作量大,适用性较差。

进行包扎气密性检测,用塑料薄膜将绝缘子可能的泄漏点包扎起来,经过一段时间后,再用检漏仪检测包扎体内部的漏气情况。包扎气密性检测的工作量大,部分可能的泄漏点包扎困难,而且这一检测方法属于局部检测,包扎完成后还需等待较长时间,效率低,不满足快速检测的要求。

氦质谱气密性检测效率高、灵敏度高、性能稳定、适用范围广,检测设备如图7所示。将环氧浇注绝缘子放置于检测设备中,抽真空,注入氦气,检测结束后再回收氦气。氦质谱气密性检测的缺点是对于不同规格的绝缘子,必须配置相应的工装,前期投入资金大,设备利用率低,一般只适用于小型绝缘子。

图7 氦质谱气密性检测设备

六氟化硫气体气密性检测分为主动式和被动式两类。主动式检测主要包括卤化物检测、激光成像检测、吸光度体积分数检测、差分吸收激光雷达检测等,被动式检测主要包括包扎检测、真空监视检测、红外成像检测、传感器测量检测等。六氟化硫气体气密性检测的优点为技术成熟、可靠,在行业中已广泛应用。

六氟化硫气体气密性检测设备如图8所示,将环氧浇注绝缘子放置于检测设备中,抽真空,注入六氟化硫气体,检测结束后再回收六氟化硫气体。这一检测方法的缺点是需要配置工装,并且充入六氟化硫气体后需要静置一段时间,一般为10～20 h,然后再检测六氟化硫气体的漏气率,效率较低。

图8 六氟化硫气体气密性检测设备

6 水压、气密性综合检测方法

对于环氧浇注绝缘子而言,在出厂试验中,既有水压检测,又有气密性检测,如果能够将这两项检测合并进行,那么将会提高绝缘子的检测效率。通过对环氧浇注绝缘子水压和气密性检测要求进行分析,笔者提出一种水压、气密性综合检测方法。

将绝缘子安装于特制的水压工装上,工装充满洁净水源,如图9所示。将压缩氮气压力源作为水压工装的升压动力源,按国标规定的升压速率使气压增大至例行试验压力值,如图10所示。保压1 min,之后将气体压力调节为1.5倍设计压力,观察绝缘子中心导体接合面处有无气泡产生,由此即可判断绝缘子中心导体与环氧树脂的气密性。检测中绝缘子如有开裂、气泡、异声等问题,即可判定绝缘子不合格。在检测中产生气泡的环氧浇注绝缘子如图11所示,发生开裂的环氧浇注绝缘子如图12所示。针对这一发生开裂的绝缘子,确认由装脱模操作不规范,进而导致应力缺陷引起。

图9 水压工装

图10 升压控制

进行检测时,对于同一水压值要求的环氧浇注绝缘子,可以通过气管分接接头,进行一次连接两件、三件的检测,提高检测效率。检测中所使用的高压氮气,均为由空气分离而得的常规工业气体,不存在大气污染等问题。通过水压、气密性综合检测的完好环氧浇注绝缘子如图13所示。

图11 产生气泡的绝缘子

图12 开裂的绝缘子

图13 完好绝缘子

7 结束语

在分析环氧浇注绝缘子水压和气密性检测要求的基础上,提出了一种水压、气密性综合检测方法。采用这一检测方法,基于水压工装,以高压氮气作为升压动力源将绝缘子的水压和气密性检测合并为一次检测,提高了检测效率,节约了能源,并降低了环境危害的可能性。

对环氧浇注绝缘子进行水压和气密性检测,对有缺陷的绝缘子进行筛选,可以提高绝缘子的质量,确保气体绝缘金属封闭开关设备的可靠运行。针对水压、气密性综合检测方法,后续考虑采用自动控制系统进行升压控制,并自动检查是否存在漏气,检测记录自动存储,以降低人为因素对检测造成的影响。