CN104795254A - 一种特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，步骤为卷制前的预干燥：将绝缘纸原纸捆在烘房内进行干燥，去除绝缘纸中少量自由水；卷制过程中的干燥：在原纸捆打开后，卷入芯子前，为单层纸状态时，利用烘灯干燥系统及油加热系统，在走纸路径上对绝缘纸进行逐层连续干燥；卷制完成后的干燥：采取变压法真空干燥工艺去除卷制过程中干燥好的绝缘纸再次吸收的水分。本发明可以有效去除绝缘中的水分，使特高压套管获得较低介损（≤0.4%），绝缘整体高温加热时间短，确保了绝缘的机械性能，套管内外干燥程度一致，不存在水分残存在芯子内层中部的情况，使绝缘获得更长的使用寿命，不会导致套管运行一段时间后水分从内部向外部扩散。

Description

一种特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法

技术领域

本发明涉及一种套管电容芯子的干燥技术，具体的说是一种特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法。

背景技术

我国经济正在高速发展，电力负荷快速增长，为满足不同地区的用电需求，推动能源资源优化配置，我国输电线路的电压等级不断攀升。从2007年已经开始了百万伏特高压电网的规划和建设，规划到2015年，将形成“三纵三横一环网”的特高压交流电网，所以我国电网对1100kV及以上特高压套管有着旺盛的需求。而目前我国特高压电网上使用的套管全部依赖进口，我国在特高压套管生产技术的匮乏，制约了我国国产特高压套管的发展，影响了我国特高压电网和重大装备的国产化。

在特高压套管制造过程中电容芯子的干燥技术是其生产制造的核心技术。这是因为：1、绝缘的干燥是否彻底，直接决定了其电气强度的优劣；2、特高压油纸电容式套管的电容芯子是由中密度的电缆纸卷制而成的致密绝缘体，内部无任何油道，同时为改善套管内部电场分布的均匀性，在电缆纸内部每隔2～3mm放置一层铝箔，绝缘总长通常为11米，单边绝缘厚度为约300mm，铝箔的总层数约为140层，铝箔的长度仅比其周围的绝缘略短。由于铝箔密不透气，140层铝箔的存在，导致干燥时水汽不能从芯子的径向排出，而芯子绝缘长达11米，所以套管干燥处理难度很大，是制约特高压套管生产的瓶颈；3、套管的介质损耗与套管运行电压的平方成正比，与套管的介质损耗因数成正比，对于特高压套管，由于其电压的特殊性，介电损耗很大，为降低产品介电损耗，确保长期运行稳定性，避免产品热击穿，必须采用优质高效的干燥技术，使套管获得较低的介质损耗因数。4、套管芯子内外部干燥均匀一致，是套管长期运行介损稳定，不出现热击穿的重要保证。

目前套管行业传统的干燥方式有热风循环加热干燥、热油循环干燥两种，该两种加热方式均采用芯体整体加热，水分轴向抽出的方法进行干燥处理，用于生产绝缘直径及绝缘长度相对较小的高压及超高压套管技术比较成熟，用于特高压套管生产时，受绝缘直径和长度所限，干燥处理时间很长，不仅浪费能源而且长时间高温加热降低了电缆纸的聚合度，破坏了电缆纸的机械强度，影响绝缘使用寿命，同时上述两种干燥方式存在内部电缆纸干燥不彻底的风险，会导致套管在运行一段时间后，出现介损回升的现象，导致套管长期运行时会出现热击穿。

发明内容

针对现有技术中存在的干燥处理时间很长、影响绝缘使用寿命以及干燥不彻底等不足，发本明要解决的技术问题是提供一种能够安全可靠的缩短干燥处理时间、解决绝缘过渡老化问题以及由于内部干燥不彻底使产品介损回升问题的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法包括以下步骤：

卷制前的预干燥：将绝缘纸原纸捆在烘房内进行干燥，去除绝缘纸中少量自由水；

卷制过程中的干燥：在原纸捆打开后，卷入芯子前，为单层纸状态时，利用烘灯干燥系统及油加热系统，在走纸路径上对绝缘纸进行逐层连续干燥；

卷制完成后的干燥：采取变压法真空干燥工艺去除卷制过程中干燥好的绝缘纸再次吸收的水分。

所述卷制过程中的干燥包括以下步骤：

绝缘纸从进入烘灯干燥系统直至卷入芯子前的传送路径上，多组烘灯对其进行实时干燥；

在卷入芯子前，由加热辊对绝缘纸进行加热，再经第二组烘灯加热后进入加热辊对，该加热辊对支撑卷制的芯体。

所述烘灯设有吸风系统，该吸风系统将烘干产生的水蒸气带离设备。

最后一组灯箱安装于绝缘纸即将卷入芯子前、绝缘纸的下方。

烘灯开启的数量与所卷制芯子的轴向绝缘长度正相关。

在绝缘纸的上方设有含水量在线测试仪，对测试数据实时反馈，设备根据得到的反馈数据自动调节烘灯温度、卷制速度、加热功率以及导热油温度来控制干燥效果。

卷制完成后的干燥包括：

初期预热：在全自动真空加热罐内，将卷制好的芯子整体入罐进行预热处理，提高绝缘材料内部水蒸汽分压强；

变压脱水：以抽空方式进行逐级降压，并在中间过程中予以适当保压；

终干阶段：变压脱水完成后，关闭气镇阀，真个真空机组系统处于极限状态，并保持一定的时间，根据工艺要求，当系统压力、温度等关键参数达到设定值时，完成终干阶段；

终点判断：上述3个过程完成后，进行数值数据化判断，即终干真空度数、终干保持时间以及罐内最终露点值，如上述指标均符合工艺要求，即判断达到终点要求，完成芯子的全部干燥过程。

在前期初抽阶段，打开全自动真空加热罐气镇阀排出前期相对较大的出水量；利用全自动真空加热罐的自动控制功能保持低压状态，进行前期排水并避免降温过快；通过反复上述一过程将罐内的压力降低，完成变压主脱水阶段进入终干阶段。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明采用该项技术可以有效去除绝缘中的水分，使特高压套管获得较低介损（≤0.4%）；

2.与传统干燥工艺相比，采用本发明方法使绝缘整体高温加热时间短，绝缘纸的聚合度下降很小，确保了绝缘的机械性能，使绝缘获得更长的使用寿命。

3.与传统干燥工艺相比，采用本发明方法，创造性的将绝缘干燥从芯子的整体干燥改为绝缘纸的逐层加热干燥，确保套管内外干燥程度一致，干燥完全彻底，不存在水分残存在芯子内层中部的情况，不会导致套管运行一段时间后水分从内部向外部扩散，介损回升，解决了行业难题。

4.与传统干燥工艺相比，采用本发明方法有效缩短了工艺时间，节约大量能源，符合节约型社会发展趋势。

附图说明

图1为本发明方法中卷制过程干燥示意图；

图2为本发明方法中卷制后干燥示意图；

图3为卷制速度与烘灯加热功率关系曲线图；

图4为本发明方法中真空度数据和时间的关系曲线图。

其中，1为加热辊，2为第二烘灯，3为芯子，4为加热辊对，5为第一烘灯，6为绝缘纸，7为原纸捆，T1～T6为第一～六铂电阻。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明方法摒弃传统在电容芯子卷制完成后整体干燥处理的方式，每部分配合不同的干燥设备和干燥工艺，承担不同的干燥任务。第1部分（预干燥）除去绝缘中15%～20%左右的水分，使绝缘纸的含水量由6～8%,降至4～6%；第2部分（主干燥）在卷制过程中对单层绝缘纸进行干燥处理，使绝缘纸的含水量从4～6%降至0.3%以下；第3部分（辅助干燥）是卷制后的干燥整理，目的是将卷制过程中，干燥好的绝缘纸吸进的潮气带走。具体步骤如下：

卷制前的预干燥：将绝缘纸原纸捆7在烘房内进行干燥，去除绝缘纸中少量自由水；

卷制过程中的干燥（主干燥）：在原纸捆7打开后，卷入芯子3前，为单层纸状态时，利用烘灯干燥系统及油加热系统，在走纸路径上对绝缘纸6进行逐层连续干燥，卷制过程中可对绝缘纸的含水量进行动态监测，并根据监测结果调整加热功率及走纸速度，来调整干燥效果；

卷制完成后的干燥（辅助干燥）：采取变压法真空干燥工艺去除卷制过程中干燥好的绝缘纸6再次吸收的水分。

1.卷制前的预干燥

卷制前的预干燥是卷制前将整捆绝缘纸放置在能控制温度湿度的烘房内进行干燥，主要目的是在不影响芯体卷制前提下，去除绝缘纸中少量自由水，为后续干燥创造便利条件。

2.卷制过程中的干燥

卷制过程中的干燥如图1所示，是由烘灯干燥系统及油加热系统两部分该设备共同完成的。在纸捆打开之后，卷入芯子3前，为单层纸状态时，利用上述两种干燥系统，在走纸路径上对绝缘纸进行逐层连续干燥。

本步骤包括：

21.绝缘纸从进入烘灯干燥系统直至卷入芯子3前的传送路径上，多组烘灯对其进行实时干燥；

绝缘纸6从刚进入第一烘灯5直至卷入芯子3所走路径里，共有多组烘灯灯箱对绝缘纸6进行加热干燥，在绝缘纸6传送路径上对其进行实时干燥，烘灯灯箱还配有吸风系统，会把烘干产生的水蒸气带离设备，从而避免水分再次被绝缘纸吸收。最后一组烘灯即第二烘灯2安装的位置为绝缘纸6即将卷入芯子3前的绝缘纸6的下方。此种设计的好处为绝缘纸6卷入芯子3前，经过此次干燥之后，会很快卷制进芯子3，从而减少绝缘纸6在空气中吸潮的时间，大大降低其含水量。灯箱内烘灯开启的数量与所卷制产品的轴向绝缘长度正相关。如果其中某纸捆未被用到，则其对应烘灯不会启动。卷制过程中对绝缘纸的含水量进行实时动态监测，并根据监测结果调整加热功率及走纸速度，来调整干燥效果。

22.在卷入芯子3前，由加热辊1对绝缘纸6进行加热，经烘灯2（加热后进入加热辊对4，该加热辊对4支撑卷制的芯子3。

在此步骤中，本发明采用油加热系统，通过电加热原件产生热量，并以导热油为介质，利用循环泵强制导热油进行液相循环，将热量传递给加热辊1或加热辊对4对绝缘纸6进行加热干燥。之后导热油通过循环泵，回到加热系统，再吸收热量，传递给加热辊1（也称为油辊）。如此周而复始，实现热量的连续传递。油加热系统使用加热机组对导热油进行循环加热，导热油流经3个加热辊1。其中两个同时用作支撑辊（即加热辊对4）支撑着卷制的芯子3，能够保证绝缘纸6在卷入芯子3的同时得到加热，从而保证加热干燥效果。

在绝缘纸6的上方安装有一台型号为含水量在线测试仪（型号为MM710）。该含水量在线测试仪能够做到非接触测定，同时还能做到对测试数据的实时反馈。在卷制过程中，可以通过调节烘灯温度、卷制速度、加热功率以及导热油温度这四项来控制产品干燥效果，以满足不同外部环境下的卷制。

如图3所示，图中曲线为卷制速度与烘灯加热功率之间的关系曲线。烘灯的加热功率随着卷制速度的增大而增大，在曲线中可以看出当速度为7.8m/min时，功率达到满功率。其中满功率时速度值可根据实际卷制情况进行设定。设定值越小，加热功率越大，当速度超过设定值后，功率保持满功率不再变化。

3.卷制完成后的干燥：

本步骤为整个干燥过程的辅助过程，其主要目的是为了去除卷制过程中干燥好的绝缘纸6吸收的水分，采取的是变压法的真空干燥工艺。共分为4个过程：

31.初期预热：在全自动真空加热罐内，将卷制好的芯子3整体入罐进行预热处理，提高绝缘材料内部水蒸汽分压。

本步骤在全自动真空加热罐内进行，如图2所示，芯子3卷制完成后，整体入罐进行预热处理，这一步骤主要是提高绝缘材料内部水蒸汽分压，为精确控制温度，本实施例在全自动真空加热罐内的不同位置安装第一～六铂电阻T1～T6（均采用PT100），位置如图2所示，实际操作中可缓慢提升温度并适当保持，直到提高整个芯子3的温度到常压下水的饱和蒸汽压至以上，整个过程要求缓慢进行并保持，以芯子导杆内壁预设的铂电阻温度到达为预热终点依据。

32.变压脱水：以抽空方式进行逐级降压，并在中间过程中予以适当保压。

本步骤为变压、保持、再变压的主排水阶段，当初期预热符合要求后，绝缘材料内部水蒸汽分压强与周围介质水分的水蒸汽分压强压差越大，芯子3内部的水分蒸发扩散越快，因此提高芯子3内部的温度和适度降低芯子3外部的压强是干燥芯子3的关键步骤。

如图4所示，是关于真空度数据和时间的关系曲线图。图中显示，抽空过程是通过逐级降压，并在中间过程中予以适当保压完成的。在前期初抽阶段，为排出前期相对较大的出水量，一是采用打开气镇阀，二是利用设备的自动控制控制功能保持低压状态，进行前期排水并避免降温过快；这一时期通过反复执行上述过程将罐内的压力降低，完成变压主脱水阶段进入终干阶段。

33.终干阶段：变压脱水完成后，关闭气镇阀，整个真空机组系统处于极限状态，并保持一定的时间，根据工艺要求，当系统压力、温度等关键参数达到设定值时，完成终干阶段。

通过变压脱水的主排水阶段后，绝缘材料中残存水分已经很少，这时由于抽真空造成的温度下降也减轻了很多，芯子3中残余水分所需的汽化热依靠罐壁辐射传热就能满足要求，关闭气镇阀，真个真空机组系统处于极限状态，并保持一定的时间，根据工艺要求，当系统压力、温度等关键参数达到设定值时，完成终干阶段。

34.终点判断：上述3个过程完成后，进行数值数据化判断，即终干真空度数、终干保持时间以及罐内最终露点值，如上述指标均符合工艺要求，即判断达到终点要求，完成芯子3的全部干燥过程。

Claims (8)

1.一种特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于包括以下步骤：

卷制前的预干燥：将绝缘纸原纸捆在烘房内进行干燥，去除绝缘纸中少量自由水；

卷制过程中的干燥：在原纸捆打开后，卷入芯子前，为单层纸状态时，利用烘灯干燥系统及油加热系统，在走纸路径上对绝缘纸进行逐层连续干燥；

卷制完成后的干燥：采取变压法真空干燥工艺去除卷制过程中干燥好的绝缘纸再次吸收的水分。

2.权利要求1所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于：所述卷制过程中的干燥包括以下步骤：

绝缘纸从进入烘灯干燥系统直至卷入芯子前的传送路径上，多组烘灯对其进行实时干燥；

在卷入芯子前，由加热辊对绝缘纸进行加热，再经第二组烘灯加热后进入加热辊对，该加热辊对支撑卷制的芯体。

3.权利要求2所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于：所述烘灯设有吸风系统，该吸风系统将烘干产生的水蒸气带离设备。

4.按权利要求2所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于：最后一组灯箱安装于绝缘纸即将卷入芯子前、绝缘纸的下方。

5.按权利要求2所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法,其特征在于：烘灯开启的数量与所卷制芯子的轴向绝缘长度正相关。

6.按权利要求2所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于：在绝缘纸的上方设有含水量在线测试仪，对测试数据实时反馈，设备根据得到的反馈数据自动调节烘灯温度、卷制速度、加热功率以及导热油温度来控制干燥效果。

7.按权利要求1所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于：卷制完成后的干燥包括：

初期预热：在全自动真空加热罐内，将卷制好的芯子整体入罐进行预热处理，提高绝缘材料内部水蒸汽分压强；

变压脱水：以抽空方式进行逐级降压，并在中间过程中予以适当保压；

终干阶段：变压脱水完成后，关闭气镇阀，真个真空机组系统处于极限状态，并保持一定的时间，根据工艺要求，当系统压力、温度等关键参数达到设定值时，完成终干阶段；

终点判断：上述3个过程完成后，进行数值数据化判断，即终干真空度数、终干保持时间以及罐内最终露点值，如上述指标均符合工艺要求，即判断达到终点要求，完成芯子的全部干燥过程。

8.按权利要求7所述的特高压油纸电容式套管电容芯子干燥方法，其特征在于：变压脱水包括：在前期初抽阶段，打开全自动真空加热罐气镇阀排出前期相对较大的出水量；利用全自动真空加热罐的自动控制功能保持低压状态，进行前期排水并避免降温过快；通过反复上述一过程将罐内的压力降低，完成变压主脱水阶段进入终干阶段。