CN100394516C - 复合高压套管生产方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压电传输、变电系统中所使用的复合高压套管的生产方法及其产品，特别是电力变压器输出、输入电连接所使用的复合高压套管的生产方法及其产品。采用真空环氧树脂浸渍、铝箔或铜箔沟槽和加热模压主绝缘骨架的工艺或结构后，保证了电容芯的有效密封和刚性支撑，有效的防止了电容芯电屏滑屏、裂屏等现象的发生。因此，可以采用电性能优异的铝箔或铜箔作电屏，采用工艺性能优异的聚四氟乙烯薄膜或绝缘纸作电容芯绝缘介质。采用加热模压主绝缘骨架和半导体带作电屏材料的工艺或结构后，保证了电容芯的有效密封和刚性支撑，可以使电容芯电屏形成完整的管状结构，提高了可靠性。采用加热模压的方式形成由高温硫化硅橡胶材料组成的外绝缘伞裙，提高了增爬伞裙的性能。

Description

复合高压套管生产方法及其产品

技术领域

本发明涉及一种高压电传输、变电系统中所使用的复合高压套管的生产方法及其产品，特别是电力变压器输出、输入电连接所使用的复合高压套管的生产方法及其产品。

技术背景

在高压电传输、变电系统中常常需要将高压电缆连接到电力变压器的输出或输入端上，或者需要将高压电缆穿过墙体引入到所需的位置。在进行上述连接时，常使用专门的高压套管来进行连接。最早的高压套管的典型结构为瓷套管结构，即导杆(管)外面是电容芯，电容芯由交替缠绕在导杆(管)上的铝箔电屏和油纸绝缘层组成，电容芯外面装有瓷管，在电容芯和瓷管之间填充液体绝缘油，瓷管外边装有增爬伞裙。其缺点是重量大，瓷套易于损坏，容易漏油，易燃易爆，防污性能较差等。上个世纪七、八十年代，出现了以有机绝缘材料为主的高压套管，通常被称为复合高压套管。复合高压套管的电容芯由铝箔和聚四氟乙烯薄膜交替缠绕而成，为保证绝缘和排除气隙，通常在铝箔和聚四氟乙烯薄膜之间充填绝缘油(如硅油、硅脂等)。电容芯通常被缠绕成多层锥形结构，由于硅油的流动性和聚四氟乙烯的较低的摩擦系数以及硅油优良的润滑性能，使得这种结构的高压套管在运输、安装和使用过程中，会出现液态硅油在重力作用下发生转移使电容芯内部产生气隙，或者出现滑屏、裂屏、漏油等，使内部绝缘介质发生轴向位移、铝箔被撕裂等，使得内部电场及绝缘失衡，最终导致事故发生。

为解决复合套管存在的上述问题，采用了多种方法。如采用丝束状半导体材料或碳纤维缠绕作为电容芯的电屏，绝缘层采用一定幅宽的能满足绝缘要求的丝束状或带状绝缘材料浸渍树脂缠绕，电极和绝缘层缠绕完成后经加热固化，制成多层纯固体无界面的同心圆形串联电容均压结构。又如采用合成橡胶作为电容芯的绝缘介质，电容芯绕制完成后在未硫化液态合成橡胶材料中抽真空状态下浇铸填充后在高温或室温条件下硫化成固态制成，以便消除合成橡胶内部以及橡胶与极板间的间隙和气泡，从而保证高压套管长期运行的稳定性。再如在电容芯绝缘包绕层中间安置一个或多个管状骨架，此骨架可以是刚性的也可以是柔性的，可以是金属的，也可以是非金属的，在层状绝缘包绕层间均匀分布形成层状管状骨架层。再又如将电容芯沿轴向分设为多段，各段之间有绝缘材料的隔离层，每段最外层电容屏与下一段第一电容屏间作电联接。这样可以在一定耐受电压的条件下，大大减少电容芯层数。上述各种方法均存在这样或那样的问题。如半导体作电容芯电屏的有效性；又如生产工艺的复杂性；再如绝缘效果的可靠性等等。

发明内容

本发明提出一种较为简单、有效的生产方法及其产品结构。采用铜棒或铝棒作导电杆，在导电杆外用交替缠绕的方式按照耐压等级要求制成电容芯。电容芯电屏为铝箔、铜箔或可熔融的半导体带，电容芯绝缘介质为聚四氟乙烯薄膜或绝缘纸。本发明在制作电容芯时根据所采用材料的不同采用了两条工艺路线。

其一为：

采用铝箔或铜箔作电容芯电屏时，铝箔或铜箔可以具有或不具有平行排列的沟槽。如采用具有沟槽的铝箔或铜箔作电容芯电屏时，应注意沟槽的延伸方向与导电杆轴向垂直或呈45°-85°角度，且上下两层电屏的沟槽应对应重叠，起到镶嵌的作用，使其不能沿轴向相对移动；当然，采用没有沟槽的铝箔或铜箔时，就无需这样对齐。电容芯缠绕的层数和沿轴向长度逐渐缩短的尺寸，根据高压套管耐压等级的不同而不同。电容芯缠绕完成后，置于环氧树脂液体中真空浸渍后高温固化；固化后的电容芯采用高温加热模压的方式在电容芯外部形成由刚性有机绝缘材料构成的主绝缘骨架。

其二是：

采用常温为固态高温熔融的半导体带制作电容芯电屏。电容芯缠绕的层数和沿轴向长度逐渐缩短的尺寸，根据高压套管耐压等级的不同而不同。电容芯缠绕完成后，采用加热模压的方式在电容芯外部形成由刚性有机绝缘材料构成的主绝缘骨架。与此同时，半导体带在高温下熔融后随着模压力逐渐充填满所在的两个绝缘层组成的空间并形成一个整体管状电屏。

本发明中，构成主绝缘骨架的有机绝缘材料主要为环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚脂树脂或交联聚乙烯等。

本发明中可熔融的半导体带主要是硅橡胶导电融胶带、耐热自粘带和乙丙自粘带等。

电容芯外部主绝缘骨架形成后，可根据承受电压等级的需要，在主绝缘骨架的两个端部，用铜箔缠绕1-5圈形成均压环，以改善高压套管的电场分布。当然，也可以仅在接地端制作均压环，或者不做均压环。显然，也可用铝箔或铜线等缠绕制作均压环。

均压环制作完成后，在主绝缘骨架外部再采用加热模压的方式形成由高温硫化硅橡胶材料构成的外绝缘伞裙。

在复合高压套管的制作过程中，有关导电杆与接线端子的连接、监测导线的引出、固定法兰的安装等高压套管必备的其他零部件的制作和安装，以及导电杆外表面的绝缘处理、加热模压后表面飞边的去除和整理等均属于公知或常规技术在此不再赘述。

本发明的主要优点在于：

1、采用真空环氧树脂浸渍、铝箔或铜箔沟槽和加热模压主绝缘骨架的工艺或结构后，保证了电容芯的有效密封和刚性支撑，有效的防止了电容芯电屏滑屏、裂屏等现象的发生。因此，可以采用电性能优异的铝箔或铜箔作电屏，采用工艺性能优异的聚四氟乙烯薄膜或绝缘纸作电容芯绝缘介质；

2、采用加热模压主绝缘骨架和半导体带作电屏材料的工艺或结构后，保证了电容芯的有效密封和刚性支撑，可以使电容芯电屏形成完整的管状结构，提高了可靠性；

3、采用加热模压的方式形成由高温硫化硅橡胶材料组成的外绝缘伞裙，提高了增爬伞裙的性能。

附图说明

附图1：本发明的主要工艺流程图

附图2：采用可熔融半导体带做电容芯电屏的实例

附图3：采用带沟槽的铝箔或铜箔做电容芯电屏的实例

附图4：带沟槽的铝箔或铜箔的局部断面放大示意图

附图1是本发明的主要工艺流程，由图可知采用铝箔或铜箔做电容芯电屏时，需经过真空浸渍、固化并经过必要的整理后，再进行加热模压以成形刚性主绝缘骨架。而采用可熔融半导体带做电容芯电屏时，可用半导体带和绝缘纸交替缠绕成电屏和绝缘层，缠绕完成后实施加热模压成形主绝缘骨架，与此同时，可熔融半导体带在加热时发生熔融，熔融的半导体材料在模压力的作用下，逐渐充填满上下绝缘纸所形成的管状空间，冷却固化后半导体材料形成了管状整体电屏。主绝缘骨架形成后，根据需要在其端部用铝箔或铜箔缠绕1-5圈形成均压环。而所述均压环实质上就是导体构成的设置在主绝缘骨架端部的园环。均压环制作完成后，又采用加热模压的方式在主绝缘骨架上成形由高温硫化硅橡胶构成的增爬伞裙。当然，在制作复合高压套管时还要制作监测引线，安装固定法兰等，由于这些技术均为公知或现有技术，因此，不再赘述。

具体实施方式：

附图2为一个采用可熔融半导体带作电容芯电屏、采用绝缘纸作电容芯绝缘介质的实例。导电杆1上缠绕数圈绝缘纸形成绝缘层2，然后，用半导体带缠绕在绝缘层外部形成电屏3，再用绝缘纸在电屏3外部缠绕形成绝缘层2，再用半导体带在绝缘层2外部缠绕形成电屏3，依此类推。缠绕绝缘纸或半导体带时，可以采用与导电杆轴向垂直的方式紧密并排(边沿有少许重叠)缠绕，也可采用缠绕方向与导电杆轴向呈45°-85°角度连续缠绕，且每一圈相邻的边沿有少许重叠。电容芯缠绕的层数和沿轴向长度逐渐缩短的尺寸，根据高压套管耐压等级的不同而不同。电容芯缠绕完成后，采用加热模压的方式在电容芯外部形成由环氧树脂构成的刚性主绝缘骨架4。与此同时，可熔融半导体带在高温下熔融后随着模压力逐渐充填满所在的上下两个绝缘层所形成的管状空间并形成一个整体管状电屏。由图可知，所谓主绝缘骨架实际上是“罩”在电容芯外部的一个圆柱体，其直径较电容芯大，长度较电容芯长，电容芯被主绝缘骨架包在其中。由于主绝缘骨架采用加热模压成形且使用刚性有机绝缘材料，主绝缘骨架与电容芯外部和导电杆有着最紧密的结合，主绝缘骨架内部形状与电容芯外部形状完全吻合，主绝缘骨架起着良好的密封和支撑作用。在主绝缘骨架4靠近接地端的端部用铝箔或铜箔缠绕1-5圈制成均压环6，然后，再采用加热模压的方式在主绝缘骨架外部形成由高温硫化硅橡胶构成的增爬伞裙5。

附图3为一个采用具有沟槽的铝箔或铜箔做电容芯电屏、聚四氟乙烯薄膜做电容芯绝缘层的实例。导电杆1上缠绕聚四氟乙烯薄膜形成绝缘层2，然后，用具有沟槽的铝箔或铜箔缠绕在绝缘层外部形成电屏3，再用聚四氟乙烯薄膜在电屏3外部缠绕形成绝缘层2，再用具有沟槽的铝箔或铜箔在绝缘层2外部缠绕形成电屏3，依此类推。用具有沟槽的铝箔或铜箔缠绕电屏时，可采用铝箔或铜箔的缠绕方向与导电杆轴向垂直并排紧密(边沿有少许重叠)的方式缠绕，也可采用铝箔或铜箔的缠绕方向与导电杆轴向呈45°-85°角度方式连续缠绕，每一圈相邻的边沿有少许重叠。不管采用何种角度缠绕均要求上下两层电屏的沟槽应对应重叠，起到镶嵌的作用，使两层电屏间不能轴向相对移动。电容芯缠绕的层数和沿轴向长度逐渐缩短的尺寸，根据高压套管耐压等级的不同而不同。电容芯缠绕完成后，将导电杆连同杆上缠绕的电容芯一同浸渍在环氧树脂液体中，抽真空并保持适当时间，以确保电容芯电屏与绝缘层之间的空气被全部排除并被环氧树脂液体所充满，取出加热保温固化。电容芯固化完成并经整理后，采用加热模压的方式在电容芯外部形成由环氧树脂构成的刚性主绝缘骨架4。在主绝缘骨架4的两端的端部用铝箔或铜箔缠绕1-5圈制成均压环6，然后，再采用加热模压的方式在主绝缘骨架外部形成由高温硫化硅橡胶构成的增爬伞裙5。

附图4是具有沟槽的铝箔或铜箔的局部断面放大示意图，为防止尖部电场集中，沟槽的转折处均采用圆弧过渡且沟底也为圆弧状。沟槽深度、沟槽平行分布的间隔距离和沟槽宽度根据铝箔或铜箔的厚度选择均以确保使电容芯电屏不能相互轴向移动为准。显然，沟槽太浅，其电屏间的镶嵌作用不明显，不能阻止电屏的轴向移动；沟槽太深，有可能将绝缘模损坏，且影响真空浸渍时环氧树脂液体的浸入。

Claims (7)

1.一种复合高压套管的生产方法，采用铜棒或铝棒作导电杆，在导电杆外用交替缠绕的方式制成电容芯；采用铝箔或铜箔作电容芯电屏时，采用聚四氟乙烯薄膜作电容芯绝缘介质；或者采用半导体带作电容芯电屏时，采用绝缘纸电容芯绝缘介质；其特征在于：采用加热模压的方式在电容芯外部形成由刚性有机绝缘材料构成的主绝缘骨架，主绝缘骨架的端部用铜箔或铝箔缠绕形成均压环，在主绝缘骨架外部再采用加热模压的方式形成由有机绝缘材料构成的外绝缘伞裙；用作电容芯电屏的铝箔或铜箔具有或不具有平行排列延伸沟槽；采用具有沟槽的铝箔或铜箔作电容芯电屏时，上下两层电屏的沟槽应对应重叠；采用铝箔或铜箔作电容芯缠绕完成后，置于环氧树脂液体中真空浸渍后高温固化；用作电容芯电屏的半导体带是室温下为固态，在高温下可熔融的半导体带。

2.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于：构成主绝缘骨架的有机绝缘材料包括环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚脂树脂或交联聚乙烯。

3.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于：构成外绝缘伞裙的有机绝缘材料包括室温硫化硅橡胶或高温硫化硅橡胶。

4.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于：采用具有沟槽的铝箔或铜箔作电容芯电屏时，用作电容芯电屏的铝箔或铜箔沟槽的转折处形状和沟底形状均为圆弧状。

5.根据权利要求1所述生产方法，其特征在于：用作电容芯电屏的可熔融半导自粘带包括：硅橡胶导电融胶带、耐热自粘带、乙丙自粘带。

6.一种复合高压套管，由导电杆、电容芯、主绝缘骨架和外绝缘伞裙组成，其特征在于：采用铝箔或铜箔作电容芯电屏时，铝箔或铜箔电容芯电屏与绝缘层之间充满了采用真空浸渍高温固化形成的环氧树脂；采用半导体带作电容芯电屏时，可熔融半导体电容芯电屏是由加热模压形成的充满上下两个绝缘层空间的管状；电容芯外部有加热模压形成的刚性有机绝缘材料构成的主绝缘骨架；主绝缘骨架的端部有用铜箔或铝箔缠绕形成的均压环；主绝缘骨架外部有由有机绝缘材料构成的外绝缘伞裙。

7.根据权利要求6所述复合高压套管，其特征在于：电容芯电屏的铝箔或铜箔具有或不具有平行排列沟槽，且具有沟槽的铝箔或铜箔的沟槽转折形状和沟底形状均为圆弧状，具有沟槽的铝箔或铜箔上下两层电屏的沟槽对应重叠。

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