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电气化铁路接触网用新型腕臂绝缘子介绍
发布时间:2021-11-24浏览次数:114

  电气化铁路接触网用新型腕臂绝缘子介绍杨志峰,刘少华,张海兵 江苏南瓷绝缘子股份有限公司,江苏 镇江 212405 要〕介绍了一种电气化铁路接触网用新型腕臂绝缘子,结合外绝缘伞裙护套、内绝缘陶瓷芯棒、端部金属附件的选材设计,描述了新型腕臂绝缘子的结构组成和功能特点,分析了端部胶 装工艺、界面偶联工艺和整体成型工艺革新对新型腕臂绝缘子整体机电性能的作用,并试验检测了 其电气性能和耐污性能。 〔关键词〕电气化铁路;绝缘子;腕臂绝缘子 引言目前,电气化铁路接触网大量使用的腕臂绝缘 子有棒形瓷绝缘子和棒形柱式复合绝缘子。棒形瓷 绝缘子抗弯抗扭性能和机械性能优异,棒形柱式复 合绝缘子抗污闪电压、高电气性能卓越,现已被大 量使用在电气化铁路接触网供电系统,为铁路系统 安全运行和经济社会快速发展做出巨大贡献。但是, 运行中的棒形瓷绝缘子存在表面易粘附污秽,在某 些情况下可能出现外部闪络、难以安装等问题,棒 形柱式复合绝缘子内绝缘芯棒长期蠕变和端部密封 失效,可能诱发掉串故障,是较大的安全隐患。 2012 月,新型腕臂绝缘子在国家绝缘子避雷器质量监督检验中心通过界面和金属连接区性 能研究性试验;2013 10月,在铁道部产品质量 监督检验中心接触网零部件检验站通过定型试验。 新型腕臂绝缘子综合瓷绝缘子和复合绝缘子的优 点,克服并解决瓷绝缘子、复合绝缘子的缺陷,兼 备瓷绝缘子机械性能可靠和复合绝缘子硅橡胶材料 耐污闪能力强的特点,有效杜绝了绝缘子脆断、掉 串和外绝缘污闪难题,适用于各种极端恶劣的电气 化铁路工作环境。 新型腕臂绝缘子结构新型腕臂绝缘子采用添加改性基体的高温硫化 硅橡胶作外绝缘伞裙护套,精细工业氧化铝高强度 陶瓷作内绝缘芯棒,选用变振工艺用高强度硅酸盐 胶装端部附件的混合绝缘子,其结构如图 所示。附件 胶合剂附件 新型腕臂绝缘子结构新型腕臂绝缘子因采用瓷芯棒作内绝缘,继承 了棒形瓷绝缘子机械性能稳定的特点;因采用改性 硅橡胶作外绝缘,继承了棒形柱式复合绝缘子电气 性能优异的特点。新型腕臂绝缘子是一种混合型绝 缘子,既继承了传统绝缘子的优点,又摒弃了传统 绝缘子的缺陷。通过合理的结构设计,采用优质的 生产原料,选择先进的制作工艺,使其具备优异的 机电性能。 新型腕臂绝缘子设计制造21 技术参数 新型腕臂绝缘子技术参数如表 所示。22 内绝缘瓷芯棒 内绝缘瓷芯棒采用干法等静压工艺成型。采用 精细工业氧化铝高强度陶瓷配方,将氧化铝含量优 化至整体材料配方比重的 70 75%,并添加一 定量的纳米级氧化铝微粉;将端部胶装部位设计成 倒锥形结构,并在胶装部位裹釉砂。 新型腕臂绝缘子技术参数浸泡在 65 的硝酸溶液中45 min 后材料完好,具 有优异的耐紫外线和耐酸蚀性能,如表 所示。绝缘材料性能表 项目 数据 项目 标准等级 体积电阻率,Ωm 10 12 耐漏电起痕 AC1A45 直流击穿强度,kVmm 35 可燃性试验 FV-0 交流击穿强度,kVmm20 憎水性 HC1 拉伸强度,MPa 45 憎水性迁移 HC1 机械抗撕强度,kNm 10 憎水性恢复 HC1 10爬电距离,mm 600采用干法等静压成型工艺,严格控制瓷芯棒结 构尺寸和形位公差,确保直径公差为 05 mm, 长度公差为 mm,整体圆度公差 02 mm, 轴线 mm。 精细工业氧化铝高 强度陶瓷配方的关键是提高 氧化铝含量并添加一定量纳米级氧化铝微粉,以确 保内绝缘芯棒整体机械性能稳定可靠。 瓷芯棒端部胶装部位采用裹釉砂工艺,在砂粒 表面预先裹釉,将砂的不规则表面用釉填补充实, 增加接触面积,增强瓷坯和砂的粘合强度。 23 外绝缘伞裙护套 231 材料及制造工艺 外绝缘伞裙护套用高温硫 化改性硅橡胶制成。 种分子量在60 上的甲基乙烯基硅橡胶混合为基体,添加进口气相法二氧化硅补强剂、纳米级氢氧化铝阻燃剂,关键 是添加一定量 三氟丙基甲基聚硅氧烷改性机体,再添加适量引发剂、助剂和硫化剂,经加压密 炼、真空捏合、室温混炼,用整体注射工艺在高温 高压模具中一次硫化成型并完成端部包胶密封。 气相法二氧化硅用六甲基二硅氮烷进行表面处 理,使表面上的大部分羟基转变为三甲硅氧烷基; 纳米级氢氧化铝微粉表面喷洒二甲基硅油;以丁苯 橡胶为母体加入氧化铁红颜料,并加入耐紫外线添 加剂,改进耐紫外线性能,作为色母胶。 新型腕臂绝缘子的外绝缘高温硫化改性硅橡胶 不仅能完全满足国家标准要求,具有优异的机电性 能,且经紫外线 伞裙结构设计 利用风洞模拟试验,并对空 气流场测试和空气 流场的数值模拟,对产品的伞形结构进行了积污及 空气流场特性研究,在此基础上设计了本产品的空 气动力学伞形结构,如图 伞形结构示意本产品采用“一大两小”空气动力学伞形结 构,可有效提升产品的爬电距离利用率及耐污能 力。增大大伞间距和大伞伸出,可提高产品自洁性 和防强降雨能力。合理的大小伞倾角能保证伞盘表 面雨雪不滞留,减少污秽累积,提高自洁性。采用 “一大两小”伞形结构,每组伞的有效泄漏距离为 234 mm,增大了单位电弧距离的爬电距离,使得 运行中的爬电比距高达 58 mmkV。 通过测试绝缘 子污秽湿试验下的表面泄漏电 流,总结出产品爬电距离与总表面积的关系:爬电 距离与总表面积的比值越大,其污秽湿试验下泄漏 电流越小。因此,本产品伞形设计遵从上述原理, 选择“一大两小”伞形并合理设计伞径,取其最佳 的耐污结构。 针对南方暴雨和北方大雪气候,设计高压端大 序号 机电参数名称 设计值 额定工作电压,kV25 150190 峰值,kV 人工污秽工频耐受电压(SDD=035 mgcm 结构高度,mm750 900伞结构,彻底解决大雨引起的电气桥接和冰雪引起 的运行故障,具有优异的防积污性能。 24 端部附件设计制造 附件选用添加微量金属元素的耐候钢,通过锻 造机加工工艺生产。附件表面采用热浸锌工艺防腐, 浸锌平均厚度大于 86 m。附件内孔胶装部位加工成锯齿形,附件胶装部位端部设计变厚并成圆弧形, 外包胶部位设计合理的矩形槽,增加附件安装出口 端壁厚,逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外 部缺陷,其结构如图 所示。械性能稳定可靠。 胶装过程使用“电气化铁路棒式 瓷复合绝缘子 震动胶装几何公差控制系列工装”,保证胶装产品 附件—瓷件—附件 者同轴度05 mm。胶装过程:首先将瓷 件直立,将附件置于瓷件下端,控制附件与瓷件的 同轴度并完成胶装;经 48 温水养护后翻转,控制瓷件另一端与附件的同轴度和位置,完成胶装 再经过72 的温水养护后,即完成整个胶装工艺。32 界面偶联工艺 新型腕臂绝缘子宏观界面的质量决定产品的整 体机电性能,即金属附件与硅酸盐胶合剂和陶瓷芯 棒与硅酸盐胶合剂的界面质量决定绝缘子的机械性 能;陶瓷芯棒与高温硫化改性硅橡胶的界面质量决 定绝缘子的电气性能。产品采用界面偶联工艺,确 保绝缘子内外绝缘界面粘接力大于硅橡胶机械撕裂 强度 kNm,且产品整体在盐水中沸煮42 可通过正负25 次陡度且不小于 350kVμ 波冲击试验。产品采用的综合偶联工艺过程为: 壁厚增加 锯齿形 圆弧形变厚 附件示意选用耐候钢能有效保证附件长期处于恶劣工况 下而不被腐蚀损坏;表面浸锌防腐,可确保附件在 复杂恶劣的极端工况下安全运行。安装内孔设计锯 齿形,能有效增大附件胶装面积,提高机械强度。 端部圆弧形变厚,可使运行中的电场强度变得均匀, 减少电晕。端部矩形槽能有效增大硅橡胶与附件的 接触面积,提高端部密封可靠性,保证产品长期稳 定地运行。安装部位端部壁厚增加,能在成本可控 的基础上极大提高附件的抗弯强度。使用磁粉探伤 和射线探伤筛选出有缺陷的附件,可保证新型腕臂 绝缘子产品的质量。 新型腕臂绝缘子制造工艺革新31 端部胶装工艺 新型腕臂绝缘子的附件和内绝缘的永久性连接 采用变频震动胶装方法,用高强度硅酸盐密实地填 充附件和内绝缘之间的配合间隙,将两端附件和内 绝缘瓷芯棒胶装固定在同一条轴线上,使产品的机 三甲氧基硅烷,在外绝缘硅橡胶中使用双官能团或 多官能团的硅油助剂,并添加定量的 缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷; 使用无水乙醇清洁内绝缘表面,并在常压160 将特制的偶联剂分次、分量喷涂在内绝缘瓷芯棒表面,并在不同温度下预烘; 在高温高压模具中多次排气,使外绝缘硅橡胶密实有力地填充满内绝缘和模腔空隙,增大硅 服与芯棒的界面接触力,使 者在受压情况下紧密契合,硫化完成界面偶联。 33 整体成型工艺 由于采用了新型的结构和新的材料配方,新型 腕臂绝缘子外绝缘用料量约为传统复合绝缘子的 倍,因此对其成型工艺有诸多革新。在传统的复合绝缘子注射成型时,芯棒在高温下会变软,会被高 压流动的注射橡胶冲击偏移,必须在模腔内设置定 位,但新型腕臂绝缘子产品采用的瓷芯棒则完全不 存在此类问题。所以,新型腕臂绝缘子在模具设计 上有了独特的创新。 将产品定位设置成附件外径和模腔内径的紧密配合,且把模具模腔端部的材料设计为黄铜和 内径可调式,保证产品定位于模腔中心,使注射半 成品和模具模腔同轴度 05 mm,注射过程不会 因高温高压而偏心。 单位横截面积最大的圆形流道,在模腔的伞边缘开设流道口,使高温高压的橡胶从伞边注入模腔。避 免了传统注射成型过程中,橡胶长期由单一注胶嘴 和单一流道从护套处进入模腔,造成内绝缘表面偶 联剂的冲刷和携带,致使界面质量有瑕疵的情况。 淋砂釉,但砂釉疏松且空隙开放;胶装后,瓷体的少量砂釉和胶装剂裸露大气中,运行中会积水积 污,在电场作用下形成酸蚀。尽管其强度可靠且耐 候性强,但在长期运行中依然是产品失效的切入点。 整体注射成型端部包胶密封工艺把整只绝缘子包覆 在硅橡胶伞裙护套内,多重界面的端部密封在注射 包胶后转化成伞裙护套的单材料对抗外界侵蚀,减 少产品失效突破口,保证产品能够长期、安全、稳 定地运行。 试验检测采用无机陶瓷材料与有机高分子硅像胶材料兼 容并合,取自各长处设计成而的混合绝缘子,即: 新型腕臂绝缘子产品已通过国家权威机构定型试 验。在开发初期,通过数学建模模拟分析了产品整 体的力学特性,并在国家绝缘子避雷器质量监督检 验中心进行力学性能研究试验和界面性能研究试 验,获得了相关性能数据。 目前国际、国内尚无这种混合绝缘子检测标 准可循,因此结合设计制作过程,对其按功能、项 目试验进行认证。因产品的机械性能继承了棒形瓷 绝缘子而且内绝缘选用瓷芯棒,所以其机械功能可 参考棒形瓷绝缘子标准进行检测;其电气性能继承 了柱式复合绝缘子且外绝缘选用改性硅橡胶,所以 其电气性能可参考棒形柱式复合绝缘子标准进行检 测。在此基础上,还对其进行了严格的温度循环试 验、低温试验和人工污秽试验,良好的试验结果彰 现了新型腕臂绝缘子优异的机械电气性能。 瓷绝缘子经久不衰的主要原因是其具有稳定的 机械强度和长期的耐老化性能,复合绝缘子迅速崛 起的最大亮点则是具有优异的耐污性能和轻巧简便 的结构,而新型腕臂绝缘子正是“取其优、去其弊”。 总结新型腕臂绝缘子是一种采用有机高分子材料和 无机陶瓷材料兼容并合的新型混合绝缘子,其选材 严格考究、工艺精良缜密、检测全面可靠,具有稳 定可靠的机械性能和较高的耐污性能,已通过国家 权威机构严格全面的试验认证,且具有如下特性: 和先进的附件设计,可有效确保新型腕臂绝缘子稳定可靠的机械性能; 改性后的高温硫化硅橡胶外绝缘、优质的伞形设计和端部大伞结构,可靠保证了新型腕臂绝 缘子卓越的电气性能和优秀的耐污性能,并能适用 于极端恶劣的工作环境; 采用整体注射成型工艺和综合革新的界面偶联工艺,确保新型腕臂绝缘子内外绝缘界面质量 稳定可靠。 参考文献: 舒立春,毛峰,蒋兴良,等.复合绝缘子与瓷和玻 璃绝缘子直流污闪特性比较 中国电机工程学报,200712 kV特高压直流悬式 复合绝缘子伞形的风洞模拟 [J].高电压技术,20101 孙西昌,党镇平,魏劲容,等.800kV 直流系统用棒 形支柱瓷芯复合绝缘子研究 [J].电瓷避雷器,20081 TBT31991—2008电气化铁路接触网用绝缘子 TBT31992—2008电气化铁路接触网用绝缘子 10杨朝军,杨根绪.隔离开关支柱绝缘子断裂原因分析和 变压器在线监测技术的发展趋势 徐康宁,张科峻 国网甘肃省电力公司庆阳供电公司,甘肃 庆阳 745000 要〕阐述了变压器在线监测技术在国内外的最新发展状况,包括其系统结构、监测参数、故障判断等,分析其与离线检测、状态维修等的关系,探讨了现有问题及其发展前景,指出其对电 力企业安全运行具有重要作用。 〔关键词〕变压器;在线监测;发展趋势 概述随着国民经济的发展,电力总装机容量和电网 规模日益增大,人们对电力系统设备运行可靠性的 要求不断提高。在现代电力设备的运行和维护中, 电力变压器不仅是电力系统中最重要和最昂贵的设 备之一,也是导致电力系统事故多发的设备之一, 若其发生故障可能对电力系统和用户造成重大危害 和影响。 以可靠性为中心的状态检修是电力设备检修的 发展趋势,国内不少电网公司也已经安装了相关设 备和软件系统。现有的预防性试验由于离线试验条 件和设备运行条件有差别,从而存在事故的漏报、 误报等问题;同时,预防性试验费用高,停电损失大。 变压器在线监测技术是利用传感技术和微电子 技术,对运行中的变压器进行监测,获取反映运行 状态的各种物理量并进行分析,对变压器的运行状 况作出预测,必要时提供报警和故障诊断,从而尽 量避免故障的进一步扩大,指导变压器的最佳维修 时机,为状态检修提供实时数据和重要的参考依据。 因此,变压器在线监测技术是实现从预防性检修向 状态检修过渡的必备技术手段。 变压器在线监测技术现状变压器在线监测技术包括:油中溶解气体测量 与分析 DGA),局部放电 PD 及光纤测温、铁芯 接地、套管介质、有载开关的触头磨损等技术。 21 油中溶解气体测量与分析 通过监测确定特征气体,油中溶解气体分析已 被证明对发现油浸变压器内部潜伏性故障相当有效 和可靠。安装油中特征气体传感器能够进行连续监 测,可监测到早期的潜伏性故障征兆,从而有助于 用户尽可能采取正确的检修措施,但该方法对突发 性故障反应并不灵敏。现有的 DGA 技术能够确定 气体的类型、浓度、趋势及气体的产生速率,油中 溶解气体的变化速率在判断故障发展严重性方面很 有参考价值。 目前就国内外专业技术而言,变压器油色谱在 线监测装置从监测功能上分为 种组分来监测变压器的运行状况。其代表产品有加拿大 Syprotec 公司生产的 H20Li 型装置和 MULTI2010 型装置,宁波理工监测设备有限公司 生产的 TRAN 系列监测装置。这些产品的监测结 预防 [J].电力安全技术,20124. 收稿日期:2014-05-12。 作者简介: 杨志峰 1961-,男,高级经济师,主要从事高速铁路电气 化设备的经营管理工作及高压绝缘材料的技术管理工作,email: zy117709455@163com。 1965-,男,高级工程师,总工程师,主要从事高压绝缘材料的研究和技术管理工作。 1982-,男,工程师,主要从事高压绝缘材料的设计开发和技术开发工作。

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