1100kV交流特高压GIS用盆式绝缘子的质量提升

1100kV交流特高压GIS用盆式绝缘子的质量提升

王小东刘英英黄刚毕海波刘芳宁

（河南平高电气股份有限公司河南平顶山467000）

摘要：这些年来，很多条特高压线路已经开始投入运行。作为主设备之一的特高压GIS得到了广泛应用。但是由于缺少基础理论研究及生产实践经验，特高压GIS用盆式绝缘子在运行中暴露出一些问题。本文介绍各制造厂家联合开展的盆式绝缘子质量提升活动，论述了制造加工工艺管理在提升特高压设备质量中的重要作用。

关键词：特高压；GIS；加工工艺；质量管控

随着特高压交流工程建设规模不断扩大，盆式绝缘子的使用量大幅增加，2013年投运的皖电东送淮南至上海特高压交流输电工程采用33个间隔特高压GIS，共计约2400支特高压盆式绝缘子。盆式绝缘子质量水平对特高压GIS和电网运行安全的影响十分突出，本文就此进行相关方面的论述研究。

一、相关某制造厂的调研

在国内首条特高压交流输电工程晋东南至南阳至荆门试验示范输电工程中，使用的盆式绝缘子为日本东芝、日本AEPower和瑞士ABB公司的产品。在引进国外先进技术的基础上，通过消化吸收再创新，国内主要特高压GIS制造厂家平高电气、西开电气和新东北电气已经初步具备了特高压GIS盆式绝缘子的设计制造能力，并在试验示范工程扩建工程中得到了应用。为全面掌握国内各制造厂的盆式绝缘子的生产制造能力和质量控制水平，提升国产特高压盆式绝缘子质量，制造厂家开展了全面系统的产品知识共享交流工作。论述了制造加工工艺，生产管理对提升盆式绝缘子质量起到至关重要的作用。

1.1生产流程

首先对中心嵌件进行表面处理，包括喷砂、超声清洗等。处理后将嵌件装入内表面洁净的模具内，待模具安装固定后进行预热，达到一定温度方可进行浇注。浇注完成后，置于固化炉中依次进行一次固化，脱模及二次固化，最后对表面进一步打磨抛光等处理。特高压GIS用盆式绝缘子主要的生产工艺流程与低电压等级大致相同，然而其对电、热、机械性能都要求更高，需要在改进原料和配方体系的基础上，对很多工艺细节做出改进。

1.2质量检查步骤

为了控制盆式绝缘子出厂前的质量，检查程序主要分为5道工序：外观、尺寸检查→水压试验→气密试验→X射线探伤→电性能试验。外观检查可以发现盆式绝缘子目视可见的缺陷，如粘模、表面气孔、杂质等；尺寸检查可以检出尺寸不合格的产品；水压试验可以剔除机械强度不满足要求的产品；气密试验可以检出漏气盆式绝缘子；X射线探伤可以观察产品内部的裂纹等缺陷；电性能试验可以检验盆式绝缘子的绝缘特性。各检查工序均能检出一定数量的不合格产品，但不合格率不尽相同，需要进行统计，有重点地开展质量管控措施研究。

1.3产品的相关情况

各生产厂家对盆式绝缘子加工流程进行讨论分析：厂内质量把关至关重要，需要加大厂内质量管控力度。原材料检查、生产工艺控制和出厂试验是特高压GIS用盆式绝缘子质量控制的主要环节，也是生产管理对提升产品质量的主要发力点。有必要加强原材料进厂检查，完善生产过程控制，制定更为合理的试验方法，有针对性地开展生产管理工作。

二、整个系统控制体系的完善提升

结合研讨结果，质量提升从原材料及外协产品检查、生产工艺控制和试验体系等方面入手，对加工盆式绝缘子全过程管控，完善质量控制体系。结果表明，国产化特高压GIS用盆式绝缘子的各项性能指标均不同程度地提高，整体质量明显提升。

2.1原材料以及外协产品的检测

不同厂家有不同的配方体系，原材料的选取也不尽相同。通过交流合作各制造厂统一制定了严格的原材料入厂验收标准。选择合格的供应商，通过技术协议和分供方管理办法进行约束和管控；

2.2生产工艺的研究控制协调

生产工艺包括具体生产流程的过程控制，以及与此相关联的生产环境控制和生产设备及工装的质量管理。在特高压工程开始前，对工艺工装、生产设备和生产环境等在内的质量保证体系进行开工前检查，符合标准条件才准予开工。

在产品制造过程中，对制造工艺、关键工序、制造工装以及型式试验和出厂试验直接实施质量监督，确保设备质量符合有关国家标准、IEC标准与产品合同的技术条件规定。同时审查开工检查表中的生产设备和工装，并在之后的生产过程中不定期抽查设备和工装的保养维护质量。

对于盆式绝缘子的生产设备和工装，要求按规定周期对模具进行计量，对浇注设备和试验设备进行日常点检，每天浇注前需确认状态良好，并由浇注技师根据设备运行状态和参数再次确认后，无误方可进行浇注作业。对于浇注工装、水压试验工装、气密试验工装、绝缘试验工装、抗弯试验工装和冷热试验工装等生产和试验所使用的工装设备，应根据盆式绝缘子的结构特点和技术要求，制定了详细的工装维护保养要求和考察重点，如浇注工装设计需充分考虑浇注材料的收缩率；模具应专门设置脱模结构，以便进行盆式绝缘子的脱模；水压试验工装和气密试验工装密封面应每月检测一次平面度和粗糙度，满足要求方可使用；绝缘试验工装在使用前应加强点检，重点检查工装导电连接件有无检点毛刺等。

三、检测水平

对于型式试验，原有GIS标准中对盆式绝缘子的型式试验要求仅有压力试验、冷热循环试验和密封试验。新标准为针对盆式绝缘子的专有技术标准，各制造厂家通过总结和分析各特高压盆式绝缘子质量控制标准和运行经验教训，结合现有要求制定而成。试验时选取5支盆式绝缘子按表中试验项目和顺序进行试验，同时考虑了生产、运输和运行过程的各种工况，兼顾了产品技术水平、综合性能和工艺稳定性的考核。GIS标准中对盆式绝缘子的型式试验要求仅有压力试验、冷热循环试验和密封试验。新标准为针对盆式绝缘子的专有技术标准，各制造厂家通过总结和分析各特高压盆式绝缘子质量控制标准和运行经验教训，结合现有要求制定而成。试验时选取5支盆式绝缘子按表中试验项目和顺序进行试验，同时考虑了生产、运输和运行过程的各种工况，兼顾了产品技术水平、综合性能和工艺稳定性的考核。

通过特高压GIS用盆式绝缘子质量控制方案的实施，国产特高压盆式绝缘子的外观、气密性、电性能和机械强度稳定性等均得到明显提高。特高压GIS制造商生产的盆式绝缘子，按照新的统一型式试验要求，通过了全部试验项目考核。水压破坏平均值达3.1MPa～3.8MPa，远高于标准要求的2.4MPa，标准偏差0.35～0.65，一次合格率达100%，确保了工程用特高压盆式绝缘子的质量稳定性，已大量替代进口，产生了巨大的经济效益。

四、设备改进优化

在环氧树脂体系经高温固化冷却至室温的过程中，由于体积收缩等原因，会产生内应力，中心嵌件周围由于界面的不均相，是内应力最集中的地方。当有外加水压载荷时，外加水压应力与内应力叠加，嵌件结构设计合理与树脂本体配合良好时会避免界面应力的过度集中，进而提高整个绝缘子的机械强度；如果设计不当，则应力在嵌件周围得不到消散，金属嵌件周围应变会发生突变，极可能会在嵌件周围造成微裂纹，随着水压载荷的增加，这些微裂纹迅速扩散，从嵌件根部首先发生断裂最终导致盆子破坏。

由此可见，中心嵌件的结构形式能够直接影响树脂和嵌件间的应力分布，进而影响整体的机械性能。为了避免对盆式绝缘子的绝缘性能造成较大影响，在结构A的基础上稍作改进，设计了B、C2种结构形式的中心嵌件，如图所示。其中结构B为：在结构A嵌件的上、下表面边缘一周开设了凹槽，宽为D、深为S，凹槽能够依靠自身的形变来缓冲生产和运行过程中树脂对嵌件的作用力，因此可称之为应力释放槽；结构C增加了凸起部分直线段(L1′和L2′)的长度，以期增强在径向上嵌件对树脂的支撑作用，从而提高整体的机械强度。

结语

我国特高压GIS产品质量正不断提高，重要组部件的国产化率逐步提升，在这一过程中，作为制造加工厂家，以其扎实的专业功底，认真的工作态度，敏锐地发现问题，同时积极解决，为我国特高压事业的不断进步奉献了自己的一份力量。本文就实际情况以及相应的分析探讨了1100kV交流特高压GIS用盆式绝缘子的质量提升。

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