CN108736400A - 胶浸毡高压套管 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种胶浸毡高压套管，其特征在于：电容型芯体包括金属管或金属棒、主绝缘层、电容屏和末屏外绝缘层，金属管或金属棒外交替卷绕有多层绝缘层和电容屏，所述主绝缘层和末屏外绝缘层由绝缘毡卷制，电容屏由含碳导电毡或含碳导电纸制成，上述卷绕完成的电容型芯体半成品经真空干燥真空浸渍树脂后高温固化成型。本发明的优点是：干法卷制改善生产环境，提高工艺控制精度；真空浸胶消除微气泡，提高绝缘性能；各层绝缘毡之间存在纤维耦合，提高固化后电容型芯体的层间粘结强度。由此，同等额定电压下可以降低绝缘厚度，节省绝缘材料；碳纤维电容屏的电导率大大优于半导电带，不因电容电流而发热。
Description
技术领域
本发明属于高压电器领域，具体涉及一种应用于变电站穿墙或者高压电气设备(比如变压器、开关设备等)穿过外壳或者用于油气隔离的胶浸毡高压套管。
背景技术
在电力系统中，高电压载流导体要穿过地电位的墙或者高压电气设备的外壳一般都要使用高压套管；在变压器与GIS开关设备直连的结构中，需要用油-气隔离高压套管，用来把变压器油和SF6气体隔离开。35kV以上的系统使用的主要是电容型高压套管。
目前的电容型高压套管主要有油纸绝缘套管、胶浸纸(胶粘纸)套管、玻璃钢套管等，尤其以油浸纸套管用量最大。
油浸纸绝缘高压套管技术上最为成熟，也是目前在用的主要类型。油浸纸套管的主要问题是密封和漏油。由于其中的变压器油是绝缘所必须的，因此漏油不仅影响变电站的美观，也直接影响着设备的运行安全。密封失效，绝缘会受潮，因此规程规定每年都要抽取油样进行检验，停电损失大，检修工作量也很大。
胶浸纸(胶粘纸)套管工艺分为两种，一种是比较成熟的预浸胶工艺，是将绝缘纸预浸胶，然后用预浸胶绝缘纸卷制套管，最后热固化成型。这种工艺的高压套管也称为胶粘纸套管，其局部放电量较高，而且难以控制，因此仅适用于66kV以下产品。
近些年出现了一种新型胶浸纸套管，常被称为VPI胶浸纸套管，是将绝缘纸与打孔铝箔交替缠绕成电容芯子，然后真空干燥、真空压力浸胶，最后加热固化成型。采用此类工艺的胶浸纸套管性能良好，可以用于超高压、特高压电压等级。但是，由于绝缘纸含水较高，干燥处理的时间较长，绝缘纸也比较密实，因此真空压力注胶的耗时长，对绝缘树脂的配方要求也非常高。另外，因为绝缘纸是天然纤维制造，去除其中有害杂质相当复杂，目前国内尚无法生产，只能从北欧进口。因此，VPI胶浸纸套管生产成本非常高，其售价通常达到相同电压等级油浸纸套管的3-8倍，难于大规模推广。
近些年还出现了一种玻璃钢高压套管，比如中国专利号01138797.1就公开了一种干式复合外套高压套管及生产方法，主绝缘层是由半导体电容均压极板和浸涂有环氧树脂的玻璃纤维材料交替间隔设置且紧密结合而成的多层串联纯固体同心圆柱绝缘层，绝缘外套和连接套筒也与主绝缘层外侧紧密相接，生产方法包括如下步骤：用环氧玻璃丝湿法绕制成型工艺将半导体带、浸涂有环氧树脂的玻璃纤维材料交替间隔地绕制定型在导电杆上制成主绝缘层，第一层为半导体电容均压极板，最末层为浸涂有环氧树脂的玻璃纤维；将其固化并对主绝缘层进行表面加工，再固定连接套筒、装设绝缘外套、均压盖及接线端子。该专利说明书认为，这种干式复合外套高压套管不含任何油或气体，完全避免了漏油、漏气及爆炸隐患；体积小、重量轻、不宜损坏、便于运输和安装；生产工艺简单、成本低。玻璃钢套管的售价大约是油浸纸套管的2-4倍。
VPI胶浸纸高压套管、玻璃钢高压套管方案是高压套管无油化的有益探索。但是，这两个技术方案中也存在明显的不足，主要是：
1)VPI胶浸纸套管：生产成本太高，售价太贵，难于大规模推广。
2)VPI胶浸纸套管：绝缘纸表面比较光滑，相邻两层绝缘纸之间没有纤维交叉耦合，仅仅靠树脂粘结在一起，层间粘结强度较低。
3)玻璃钢套管：湿法缠绕，不经真空处理，微小气泡难以排出，因此绝缘强度较低，只能通过增加绝缘厚度来弥补。所以，同样电压等级的套管，玻璃钢套管比VPI胶浸纸套管粗1/4至1/3。
4)玻璃钢套管：湿法缠绕，生产环境比较差，操作人员在缠绕的整个过程中都靠近100℃左右的被缠绕工件，一是不利于人员健康，二是像铺设电容屏这样要求精准的细致工作，在高温炙烤下很难认真完成，容易引起合格率的下降。
5)玻璃钢套管：半导电带制成的电容屏发热问题大，容易引起绝缘受热老化。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术VPI胶浸纸高压套管和玻璃钢高压套管存在的缺陷，提供一种胶浸毡高压套管，与VPI胶浸纸套管相比提高层间粘结强度、缩短工艺时间、增加国产原材料使用率；与湿法缠绕玻璃钢套管相比提高绝缘强度。如此，可以达到降低绝缘厚度、节省材料、减轻产品重量、降低生产成本的目的，使干式套管能够更广泛的应用于中高压、超高压、特高压电网。再者，干法卷制与湿法缠绕相比可以大幅度改善生产环境，使生产操作者改善劳动环境的同时，有条件精准控制电容屏铺设等要求精细的工艺，提高产品合格率。另外，采用含碳导电屏可以解决玻璃钢套管半导电屏发热问题。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
即一种胶浸毡高压套管，包括端部均压体、电容型芯体和法兰，其特征在于：电容型芯体包括金属管或金属棒、主绝缘层、电容屏和末屏外绝缘层，金属管或金属棒外交替卷绕有多层绝缘层和电容屏，其中最外层电容屏之内为主绝缘层，最外层电容屏之外为末屏外绝缘层，所述主绝缘层和末屏外绝缘层由绝缘毡卷制，电容屏由含碳导电毡或含碳导电纸制成，上述卷绕完成的电容型芯体半成品经真空干燥真空浸渍树脂后高温固化成型。
进一步的，本发明的绝缘毡为玻璃纤维绝缘毡或合成纤维绝缘毡。
本发明用于卷制电容芯体的绝缘毡为玻璃纤维绝缘毡或合成纤维绝缘毡。跟绝缘纸相比，玻璃纤维绝缘毡或合成纤维绝缘毡有几个特点：一是其原始纤维为玻璃纤维或合成纤维，纯度比较高，也不容易吸水。二是绝缘毡的表面不像纸面一样光滑，而是有一些纤维翘起，因此卷绕在一起相邻的两层绝缘毡之间会有一些纤维交叉耦合，浸胶固化以后层间粘合就会更加牢固。三是绝缘毡没有绝缘纸密实，更容易浸胶。另外，玻璃纤维绝缘毡或合成纤维绝缘毡有国产品可以选择，价格相对便宜。
进一步的，本发明的含碳导电毡为碳纤维导电毡，含碳导电纸为碳纤维导电纸。
进一步的，本发明的相邻两个电容屏之间的主绝缘层沿径向分成至少两个厚层，每个厚层沿轴向由多段拼接而成，内外相邻两厚层的拼接微隙沿轴向错开，保证拼接微隙不能由内侧的电容屏贯通至外侧的电容屏。
本发明在制作时，首先准备一根金属管或金属棒(它的外表面通常称为第0屏)。对于10kV-110kV的高压套管，尽量选择幅宽与套管绝缘长度相等的绝缘毡，这样就不用拼接，减少绝缘缺陷发生的概率。在金属管上卷绕数层(记为m层)绝缘毡达到要求的厚度，然后卷绕碳纤维纸形成电容屏，是为第1屏。一般的，碳纤维纸的幅宽有限，需要搭接，搭接重叠的宽度应不小于10mm。做好第1电容屏后再卷制绝缘层，然后第2电容屏，依次类推，直至末屏。
对于110kV以上的套管，绝缘毡的幅宽很难达到整支套管的长度，这就需要拼接。我们以屏间主绝缘层分成两个厚层为例进行说明。在金属管的一端(比如左端)卷绕数层绝缘毡(记为m1层)，这是第一段。在第一段的右侧紧挨着第一段卷绕同样层数(m1层)的第二段。第一段与第二段之间会产生一个拼接微隙。依次类推，直至金属管的右端。这样就完成了第一个厚层。
在第一个厚层上，从管子左端开始，先缠绕正好一半幅宽的绝缘毡m2层，形成第一段。对于屏间主绝缘层分成两个厚层的情况，m1+m2＝m即是要求的屏间绝缘需要的层数。在第一段的右侧紧挨着第一段卷绕同样层数(m2层)完整幅宽的绝缘毡，形成第二个厚层的第二段，这样第一个厚层的拼接微隙正好被第二个厚层第二段覆盖。如此卷绕直至管子的右端。
然后卷绕碳纤维纸形成电容屏，是为第1屏。如前文所述，碳纤维纸搭接重叠的宽度应不小于10mm。做好第1电容屏后再卷制绝缘层，然后第2电容屏，依次类推，直至末屏。
为了保护末层电容屏，需要在末屏外卷绕一定层数的绝缘毡形成末屏外绝缘层，卷绕方法与内部屏间的主绝缘层相同。这样就制作好了一个高压套管电容型芯体的半成品。然后需要经过真空干燥、真空压力注胶、高温固化以及外形加工后就是胶浸毡高压套管的电容型芯体。
在高压套管的电容型芯体上安装端部均压体、法兰等配件，即构成基本的高压套管。根据不同的需要可以增加其它配件，比如油-气隔离套管需要增加触头、触指，变压器套管需要在一端增加瓷套或复合套，穿墙套管则需要在两端都安装瓷套或复合套。
本发明与现有的技术方案相比具有以下优点：
1)与VPI胶浸纸套管相比，生产周期缩短，使用国产材料，降低了生产成本，有利于在各个电压等级大规模推广。
2)与VPI胶浸纸套管相比，相邻两层绝缘毡之间具有纤维交叉耦合，浸胶固化后层间粘结强度好，提高电气性能和机械性能。
3)与玻璃钢套管相比，真空压力注胶，微小气泡可以完全排出，因此绝缘强度提高，进而可以减薄绝缘厚度，节省材料，降低造价。
4)与玻璃钢套管相比，干法缠绕，生产环境比较好，有利于操作人员身心健康；同时操作人员在对待像铺设电容屏这样要求精准的细致工作时，可以耐心应对，仔细操作，保证产品质量。
5)与玻璃钢套管相比，采用含碳导电毡或含碳导电纸，解决了半导电带电容屏的发热问题，提高绝缘寿命。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中I部的放大示意图；
图3为图1中Ⅱ部的放大示意图；
图中：1.端部均压体；2.电容型芯体；3.法兰；4.金属管或金属棒；5.主绝缘层；6.电容屏；7.末屏外绝缘层；8.拼接微隙；511.主绝缘层的第一厚层左段；512.主绝缘层的第一厚层右段；52.主绝缘层的第二厚层；61.相邻的内电容屏；62.相邻的外电容屏。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1、图2、图3所示，本发明胶浸毡高压套管包括：端部均压体1，电容型芯体2，法兰3等。电容型芯体2的中心是一根金属管或金属棒4，金属管或金属棒4外交替卷绕有多层绝缘层和电容屏，其中最外层电容屏之内为主绝缘层5，最外层电容屏之外为末屏外绝缘层7，所述主绝缘层5和末屏外绝缘层7由绝缘毡卷制，电容屏6由含碳导电毡或含碳导电纸制成，上述卷绕完成的电容型芯体经真空干燥真空浸渍树脂后高温固化成型。
本发明在制作时，首先准备一根金属管或金属棒4(它的外表面通常称为第0屏)。对于10kV-110kV的高压套管，尽量选择幅宽与套管绝缘长度相等的绝缘毡，这样就不用拼接，减少绝缘缺陷发生的概率。在金属管或金属棒4上卷绕数层(记为m层)绝缘毡达到要求的厚度，然后卷绕碳纤维纸形成电容屏6，是为第1屏。一般的，碳纤维纸的幅宽有限，需要搭接，搭接重叠的宽度应不小于10mm。做好第1电容屏后再卷制绝缘层，然后第2电容屏，依次类推，直至末屏。
对于110kV以上的套管，绝缘毡的幅宽很难达到整支套管的长度，这就需要拼接。我们以屏间主绝缘层5分成两个厚层为例进行说明。在金属管或金属棒4的一端(比如左端)卷绕数层绝缘毡(记为m1层)，这是主绝缘层的第一厚层左段511。在主绝缘层的第一厚层左段511的右侧紧挨着第一段卷绕同样层数(m1层)的主绝缘层的第一厚层右段512。依次类推，直至金属管或金属棒4的右端。这样就完成了第一个厚层。
在第一个厚层上，从管子左端开始，先缠绕一半幅宽的绝缘毡m2层，形成第一段。对于屏间主绝缘层5分成两个厚层的情况，m1+m2＝m即是要求的屏间主绝缘层5)需要的层数。在第一段的右侧紧挨着第一段卷绕同样层数(m2层)完整幅宽的绝缘毡，形成主绝缘层的第二厚层52，这样第一个厚层的拼接微隙(8)正好被主绝缘层的第二厚层52覆盖。如此卷绕直至管子的右端。
然后卷绕碳纤维纸形成电容屏6，是为第1屏。如前文所述，碳纤维纸搭接重叠的宽度应不小于10mm。做好第1电容屏后再卷制绝缘层，然后第2电容屏，依次类推，直至末屏。
为了保护末层电容屏，需要在末屏外卷绕一定层数的绝缘毡形成末屏外绝缘层7，缠绕方法与内部屏间的主绝缘层5相同。这样就制作好了一个高压套管电容型芯体的半成品。然后需要经过真空干燥、真空压力注胶、高温固化以及外形加工后就是胶浸毡高压套管的电容型芯体。
在高压套管的电容型芯体上安装端部均压体、法兰等配件，即构成基本的高压套管。根据不同的需要可以增加其它配件，比如油-气隔离套管需要增加触头、触指，变压器套管需要在一端增加瓷套或复合套，穿墙套管则需要在两端都安装瓷套或复合套。
下面以制作一支10kV的穿墙套管为例详述本发明的具体实施方式。
首先选定一根黄铜棒，直径Φ40mm，长度1000mm；绝缘树脂选环氧树脂E51(高温固化体系)；绝缘毡选用玻璃纤维绝缘毡，幅宽800mm，厚度0.5mm；电容屏材料选用碳纤维纸带，厚度0.2mm，宽度30mm。
第一屏：在黄铜棒上卷绕绝缘毡3层，形成第一个主绝缘层5，在主绝缘层5上缠绕碳纤维纸带，搭接重叠15mm，形成第一个电容屏6，电容屏6的总长度为600mm。
第二屏：在做好的第一个电容屏6上卷绕绝缘毡3层，形成第二个绝缘层5，在第二个绝缘层5上缠绕碳纤维纸带，搭接重叠15mm，形成第二个电容屏6，第二个电容屏6的总长度为500mm。
第三屏：在做好的第二个电容屏6上卷绕绝缘毡3层，形成第三个绝缘层5，在第三个绝缘层5上缠绕碳纤维纸带，搭接重叠15mm，形成第三个电容屏6，第三个电容屏6的总长度为400mm。
第三屏为末屏，在末屏上绑上一根1.5mm2的绝缘软铜线，该绝缘导线将作为末屏引出线使用。在末屏的外面再卷绕4层绝缘毡，形成末屏外绝缘层7，这样就制作好了一个胶浸毡高压套管的电容型芯体的半成品，然后经过真空干燥、真空压力注胶、高温固化以及外形加工后就是胶浸毡高压套管的电容型芯体2。在电容型芯体2上安装法兰3。根据穿墙套管的实际情况，两端分别安装硅橡胶外套及伞裙，每端五个伞裙，干弧距离210mm，爬距480mm。最后安装端部均压体1，一支完整的10kV胶浸纸高压穿墙套管制作完成。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (4)
1.一种胶浸毡高压套管，包括端部均压体(1)、电容型芯体(2)和法兰(3)，其特征在于：电容型芯体包括金属管或金属棒(4)、主绝缘层(5)、电容屏(6)和末屏外绝缘层(7)，金属管或金属棒(4)外交替卷绕有多层绝缘层和电容屏，其中最外层电容屏之内为主绝缘层(5)，最外层电容屏之外为末屏外绝缘层(7)，所述主绝缘层(5)和末屏外绝缘层(7)由绝缘毡卷制，电容屏(6)由含碳导电毡或含碳导电纸制成，上述卷绕完成的电容型芯体半成品经真空干燥真空浸渍树脂后高温固化成型。
2.根据权利要求1所述的胶浸毡高压套管，其特征在于绝缘毡为玻璃纤维绝缘毡或合成纤维绝缘毡。
3.根据权利要求1所述的胶浸毡高压套管，其特征在于含碳导电毡为碳纤维导电毡，含碳导电纸为碳纤维导电纸。
4.根据权利要求1所述的胶浸毡高压套管，其特征在于相邻两个电容屏(6)之间的主绝缘层(5)沿径向分成至少两个厚层，每个厚层沿轴向由多段拼接而成，内外相邻两厚层的拼接微隙(8)沿轴向错开，保证拼接微隙(8)不能由内侧的电容屏(6)贯通至外侧的电容屏(6)。
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