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    SF6負荷開關幾項主要技術指標的質量控制

    • 分類:技術支持
    • 作者:
    • 來源:
    • 發布時間:2010-10-13 11:30
    • 訪問量:

    【概要描述】

    SF6負荷開關幾項主要技術指標的質量控制

    【概要描述】

    • 分類:技術支持
    • 作者:
    • 來源:
    • 發布時間:2010-10-13 11:30
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    詳情

     10KV、SF6負荷開關設備具有安全、易安裝、維修少、體積小、價格便宜、安全可等優點同時由于負荷開關與限流熔斷器配合能更好地保護變壓器,因此在國外已得到普遍使用。如在工業發達國家(歐洲、日本),斷路器與負荷開關之比為1:5~6.斷路器主要用于一次配電,而負荷開關用于二次配電。在我國,隨著城網建設和發行的不斷深入發展,負荷開關設備在10KV配電系統的環網供電和送電的應用也越來越多。這幾年相繼由廣東、北京、上海、天津逐步向全國推廣。但目前,國內10KV,SF6負荷開關的市場主要還是由國外公司(如ABB、施耐德等)占據,隨著國內生產廠家對SF6負荷開關技術的逐步掌握,國產SF6負荷開關的數量和質量已穩步提高。目前,國內已有十幾家生產廠家生產著各種不同號的SF6負荷開關。本公司是國內最早生產SF6負荷開關的廠家之一。在生產過程中,我們借鑒國外的先進技術,學習了國內兄弟單位的經驗,對SF6負荷開關的關皺起術進行了不斷的試驗和改進。經長時間的努力,終于使該負荷開關的主要技術指標達到國外同類產品的水平。

    一、 環氧樹脂絕緣氣體:

    環氧樹脂由于其良好的機械、絕緣、耐老化及制造工藝性能,已成為當今制造優質構緣件的首選,而壓力凝膠工藝由于充分發揮了環氧樹脂的各項性能優勢,當今國際、國內各種品SF6負荷開關絕緣殼體無不由環氧樹脂采用壓力凝膠工藝制成。其工藝流程如圖所示:

     

     

    由于開關殼體同進承擔了絕緣、氣密、機械支撐的功能,使得它結構復雜、機械性能及精度要求都很高,無疑對材料選用、制造工藝過程均提出了嚴格的要求。

    1. 材料選用

    1.1環氧樹脂:

    基礎型的環氧樹脂(即大型樹脂廠生產的年產量數千噸的環氧樹脂)及固化劑不能直接用于生產絕緣件,特別是SF6開關絕緣殼體所用的環氧樹脂及固化劑更是需要經過特殊的改性處理以提高其機械強度、韌性及改善其耐熱沖擊性能及加工工藝性能。不同廠家的改性技術各有千秋,所以適合不同工作重點的產品要求,而對于SF6開關絕緣殼體,由于它本身是一個支撐件,在開關分、合過程中受到一定的沖擊力,對環氧樹脂的強度提出了較高的要求; 開關殼體里要充裝SF6氣體并保證極低的泄漏率,就對環氧樹脂對嵌件的粘結性提出了較高的要求; 近年來,SF6負荷開關在生產或工作中曾發生過殼體開裂事故,經測試,開裂殼體所用材料的拉伸強度及抗中度并不低,而代表材料韌性的沖擊強度卻較低??梢?/span>SF6開關絕緣殼體的沖擊強度又是各項性能指標中的重中之重。經我們反復篩選,國內生產的HE2082-HH2082材料特別合生產SF6開關絕緣殼體,該體系玻璃化溫度實測104℃,滿足某國際知名品牌要求的100℃-110℃,而且沖擊強度達15KG/m2,超過一般配方體系50%,具有極佳的韌性,同時由于其粘結性極佳,生產的開關殼體有極低的漏氣率。

    1.2硅微粉

    環氧樹脂中加入硅微粉可以提高固化物的耐熱性、硬度及尺寸穩定性,并降低了生產成本。硅微粉由于礦源及生產工藝的不同,對環氧樹脂固化物的各項性能均有很大的影響。在生產一般產品時往往把混合料粘度或硅微粉的可加入量當成衡量硅微粉質量的主要指標。但作為生產重要絕緣件的配方體系,把經物高性能作為衡量硅微粉質量的首選指標。加入高質量的硅微粉加入環氧樹脂后粘度較高,使得可加入量偏低,經分析是硅微粉中針狀顆一較高造成,而這恰恰提高了環氧樹脂的機械強度。

    1.3染色劑:

     用于環氧樹脂的染色劑無外乎有機染色劑及無機染色劑兩大類。有機梁色劑對環氧樹化加固化物電氣絕緣性能無明顯影響;而無機染色劑多是以氧化鐵為主的金屬氧化物,加入環氧樹脂后會加大固化物的介電損耗,所以為了保證產品的電氣絕緣性能,配方體系中盡量不要加入無機染色劑。為了保證電氣絕緣性能,電工級硅微粉的Fe2O3含量的技術指標要求為≤0.01%,而在配方體系中按環氧樹脂比加入1.5%的氧化鐵紅色粉相當于使硅微粉的Fe2O3含量提高至0.5%,達到基礎含量50倍速,可以想象對電氣絕緣性能的負面影響程度很大。

    2. 嵌件預處理:

     為了保證環氧樹脂對嵌件的良好粘結,對嵌件良好的預處理也是至關重要的。嵌件的預處理包括噴砂、清洗油污及灰塵,精確預熱至與模具溫度一致并注意不能氧化過度,以免強度極低的氧化銅影響環氧樹脂對嵌件在周轉過程中不能被二次污染。環氧樹脂對嵌件良好的粘結不但保證了極低的漏氣率,同時也使得產品有極低的局部放電。放電量在15KV時,測得僅為5PC。

    3. 后固化、定型、冷卻:

    環氧樹脂在常溫下的彈性模量很高,如剪切彈性模具達到4000MPA,呈剛性狀態; 當溫度超過玻璃化溫度時,其剪切彈切模具只有40MPA,呈高彈態。在很小的外力下就可以變形,利用這一特性,可以在后固化過程中將SF6開關絕緣殼體下下殼的對合面放在一個有一定精度的平板上進行定型,完成后固化后,以很慢的降溫速度(≤5℃/h)對產品進行隨爐冷卻,不但有利于保證絕緣殼體上、下殼對合面有較小的平面度誤差,而且產品各處的內應力也很低,不至于在以后發生變形或開裂現象。經過這樣處理并加以適當的選配,上、下殼之間的對合間隙≤0.25mm,這樣在上、下殼對鎖在一起時由于變形量級小,使得產品的變形內應力極小,保證了開關的安全使用,不會產生開裂漏氣現象。

    二.SF6負荷開關泄漏率的質量控制

    SF6負荷開關漏氣率一直是各生產廠家和用戶關注的焦點。國外產品充氣壓力為0.04MPA的負荷開關24小時密封試驗,年泄漏率基本在0.05%/年左右,開關使用壽命30年。國內企業生產的SF6負荷開關充氣壓力0.045MPA,24小時密封試驗年漏氣率比較高,都在1%~5%/年左右。是什么原因使國內、國外同類產品的年泄漏率相差如此懸殊?

     我們分析后認為:主要原因是國內生產密封圈的材料和性能比國外生產的性能差,針對密封圈存在的問題我們多次請教密封專家,更改了密封圈的型狀和材料。我們使用密封技術研究所的專利技術,將上下殼體之間和動配合與殼體之間使用的密封圈改為“口 ”型密封圈,將材質改為軟木橡膠。為了保證橡膠圈的壽命,做了100℃×24小時的耐熱空氣的老化試驗,硬度變化為+2度。伸長率變化16%,拉伸強度變化15%,琮萬事通了耐25#變壓器油試驗100℃×24小時體積彎化2.8%,重量變化-0.1%,硬度變化-3度,脆性溫度-45℃。 試驗結果證明:該密封圈的性能可以滿足我們的要求。同時也把通氣閥和觀查窗所使用三元乙丙的密封圈改為了而油性和耐高低溫、性能好的丁晴橡膠。并且把合模線改到了非密封表面部位,從而使密封效果大大提高。我們采用“口”密封圈后對SF6開關的組裝工藝進行修改,改變螺栓緊固順序:將螺栓的鎖緊力由原來的30N/m降至22N/m,并把開關進行100次“合-分”后作密封檢驗。開關充氣壓力為0.045MPA放到密封罐內24小時,放入前后兩次測得基數值相等(差值為零)。這表明檢漏設備精度在10-7時不能測出數值,也就是說泄漏率基本為零,特此將24小前后有變化,則認定此產品為不合格,在電力工業電力設備及儀表質量檢驗中心(即中國電科院開關試驗站),做型式試驗中測得泄漏氣體濃度的增量△c=0.03u L/L,封閉罩從積Vm=2.46M3;試品體積V1=0.72 M3; 開關內充氣體積V=0.029 M3; 間隔時間△t =86400S; 絕對大氣壓P=0.1MPA;SF6開關充氣壓力Pr=0.045MPA; F=(△C×(Vm×V1) ×P)/ △t  Fy=[(F×31.5×106)/( V×(Pr+P) ×100。經過計算,相對年漏氣率Fy=0.045%/年,達到國外同類產品的先進水平。

    三.回路電阻的質量控制

     國內SF6負荷開關技術條件,一般規定主回路電阻≤65u Ω,而國外同類產品≤42u Ω。為了縮小SF6開關的回路電阻值,達到國外同類產品的水平,我們公司進行了分析,最后認為:影響回路電阻值存在原因之一是動靜觸頭之間的夾緊力的大小和一致性,為此我們做了大量的試驗,確定夾緊力為160N-190N之間并對影響觸頭夾緊力的碟型彈簧進行了篩選,選擇了高質量的碟型彈簧。我公司還專門訂購了觸頭夾緊力測試儀其測量精度為±1N,在生產過程中對每臺負荷開關的觸頭夾緊力進行測試,保證了觸頭平緊力的一致性;原因之二是動靜觸頭的R13球面接觸要保證在整個球面的85%以上,方可保證開關主回路電阻值在42u Ω以下。以上兩項措施保證了機械壽命前后主回路電阻值的變化在規定值之內。測試結果見表(1),從而實現了主回路電阻≤42u Ω的質量標準,其溫升試驗裕度很大。僅為規定值的50%左右,,見表(2)。從而SF6開關在+50℃的環境中能可靠運行。

    表一

     

    表二

     

    四.電氣壽命的質量控制

    我公司為了驗證SF6負荷開關的產品工藝質量,再次委托電力工業電力設備及儀表質量檢驗中心(即中國電科院開關試驗站)依據GB3804-90交流高壓負荷開關GB/T11022-1999高壓開關設備和控制設備標準的共同技術要求,做了型式試驗,成功的開斷有功負載630A,150次。在SF6負荷開關的開斷和關合試驗中,(按照要求進行了方式1:“合—分”額定有功負載開斷電流630A,100次,方式2“合—分”閉環開斷電流630A,10次;方式3:“合—分”5%額定有功負載開斷電流31.5A,20次; 方式4:“合—分”額定電纜充電電流開斷10A,20次; 方式5:關合額定短路關合電流50KA峰值,2次,接地開關關合額定短路關合電流50KA、峰值,2次)機械壽命:主回路5000次,接地2000次,轉移電流1700A,通過型式試驗,說明我公司SF6負荷開關的裝配工藝和檢驗工藝是正確可行的。

    我公司在成功的型式試驗基礎上,對試驗產品進行了解剖分析,發現滅弧柵的材質耐電孤高溫性能不是很理想,20KA、4S短時耐受電流過后,滅孤柵有些變形。經請教有關專家對滅孤柵的原材料進行了更新,選擇了可在高溫下正常工作的高性能絕緣性材料聚酰亞胺。在同行廠選用我公司的負荷開關,通過負荷開關柜型式試驗中,證明聚酰亞胺材料大大提高了滅孤柵的性能,使SF6負荷開關在開斷和關合試驗時非常順利的完成,且在20KA\4S的短時耐受后未發現任何變形。

    五.SF6開關水分含量控制

    依據國家標準GB/11022-1999,高壓開關設備通用技術條件5.2要求和DL/T596-1996電力設備預防性試驗規程要求。我們公司對SF6負荷開關實行了微量水分控制。我們首先抓生產環境的改造,二是:工藝制度的保障,三是測量儀器的監測。建造了專供SF6負荷開關生產線用的廠房。做到了無塵、恒溫、恒濕,工藝及工藝紀律是制造合格產品的保障。我們在執行工藝的同時,對原始工芤進行修改補充。經過多次試驗,制定出開關元件烘烤時間、烘烤溫度和真空度要求,以及干燥劑的使用要求。同時也制定了烘烤-裝配-抽真空-充SF6氣體-檢測各環節衍接制度。最終用國家計量院標定好的數字式精密露點圓舞曲進行測試。確保了SF6負荷開關的水份含量符合國家標準。

    綜上所述,我公司生產SF6負荷開關產品的主要技術參數達到國外同類產品的水平,有些指標高于國外水平。如有錯誤之處,請專家批評指正。

     

        以上文章由佟寶全先生提供,尊重作者知識產權,如需轉載注明出處。

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