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固封用真空滅弧室及其固封極柱
日期：2024-09-01 10:16
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摘要：
固封用真空滅弧室及其固封極柱
成都森發(fā)橡塑有限公司專業(yè)提供導向套（尼龍，四氟，聚苯硫醚，複合材料）；銅件（導電桿，連體導電桿，觸頭杯）；包覆矽橡膠層（灌封，模壓，粘接）；m.xiangyoufc.com www.seefar.cn www.cdsenfa.com
1 概述
固封極柱就是通過APG工藝,采用環(huán)氧樹脂作為絕緣介質(zhì),利用環(huán)氧樹脂將斷路器的一次導電部分真空滅弧室與上下出線端等載流元件全部密封成一體,使真空滅弧室的絕緣狀態(tài)完全不受外界環(huán)境的影響,提高了耐環(huán)境性。環(huán)氧樹脂既是一次部分的主絕緣,又是它的機械支撐,其電場分布優(yōu)於各種形狀的絕緣隔板結(jié)構(gòu)。
APG技術(shù)即環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠成型技術(shù)(TheAutomaticPressureGelation),是在環(huán)氧樹脂真空澆鑄工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,是壓力凝膠工藝(PG)技術(shù)的一種形式。PG技術(shù)是瑞士Ciba-Geigy公司於1967年開發(fā)的。20世紀70年代初,又對PG技術(shù)進一步加以完整,形成了自動壓力凝膠工藝(APG)。APG技術(shù)適用於液態(tài)環(huán)氧樹脂、不飽和聚脂樹脂、聚氨脂和有機矽樹脂等。但高壓絕緣件生產(chǎn)中,大量應用液壓態(tài)環(huán)氧樹脂。近年來采用APG技術(shù)生產(chǎn)有機矽產(chǎn)品也逐漸增加。
APG技術(shù)主要應用於生產(chǎn)中高壓環(huán)氧絕緣製品。其特點為可將環(huán)氧樹脂製品的生產(chǎn)周期,從傳統(tǒng)真空澆注所需的十幾個小時縮短到十幾分鐘,並較好地控製放熱效應,有利於補償因固化反應而引起的收縮,且具有極好的尺寸穩(wěn)定性和很高的機械強度等突出優(yōu)點。尤其是應用於真空斷路器用固封極柱,複雜、薄璧、多方位抽芯的產(chǎn)品更具優(yōu)勢。當前國內(nèi)外高壓開關(guān)正向免維護、複合化、小型化、長壽命、高性能發(fā)展。采用APG技術(shù)生產(chǎn)高壓絕緣製品更顯示出突出的技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景。
2 真空滅弧室固封極柱產(chǎn)品開發(fā)研究
主要從真空斷路器小型化、高可靠性和長壽命考慮,必須開發(fā)研究真空滅弧室固封極柱產(chǎn)品。
2.1 市場化技術(shù)發(fā)展的需求
據(jù)《2006高壓開關(guān)行業(yè)年鑒》統(tǒng)計資料顯示,在中壓領(lǐng)域,特彆在12kV斷路器產(chǎn)品中真空斷路器已占97.9%,40.5kV斷路器產(chǎn)品中真空斷路器已占77.95%。我國繼美國、德國和日本之後,已進入真空斷路器大國行列。隨著中壓真空斷路器技術(shù)的日臻完善,真空斷路器向小型化、智能化、免維護、高電壓、低電壓、特殊專用化(如:冶金煉鋼用長壽命低過電壓專用斷路器、電氣化鐵道用車載開關(guān)及鐵道分相開關(guān)、高原型真空斷路器、礦用防爆開關(guān)等)、多功能化等方向發(fā)展。其中小型化高可靠性產(chǎn)品研發(fā)是產(chǎn)品發(fā)展長久的話題,實現(xiàn)真空斷路器小型化的這種需求,就是要在保證所有元、配件可靠性的同時,實現(xiàn)其小型化,真空滅弧室也不例外。由於對開關(guān)設(shè)備小型化的要求越來越強烈,八、九十年代開發(fā)的全工況大體積產(chǎn)品已不適應於地價貴如油的城市、地鐵及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域,必須采用有外絕緣保護的小型化、高可靠的開關(guān)設(shè)備。固封真空斷路器正是順應了市場發(fā)展的趨勢。
真空斷路器之所以如此輝煌,這與真空斷路器技術(shù)的不斷進步分不開。固封用真空滅弧室及其固封極柱技術(shù),就是真空斷路器技術(shù)巨大進步的體現(xiàn)。真空斷路器的相柱絕緣經(jīng)曆了空氣絕緣——複合絕緣——固封絕緣。這就形成了絕緣方麵的三代真空斷路器。在**代空氣絕緣中,帶電部分完**露在空氣中。它的絕緣水平隨著空氣中的濕度、灰塵以及運輸過程的磕碰而變化,並易受小動物等異物的影響。在**代複合絕緣中,將真空滅弧保護在環(huán)氧樹脂套筒內(nèi)。但這種套筒冇有完全把高壓帶電部分包起來,裡麵還會受灰塵、潮濕、昆蟲等影響。第三代絕緣即固封式極柱,它通過APG工藝,利用環(huán)氧樹脂將真空滅弧室以及上下出線端全部包封,使真空滅弧室、上下出線和連接件等成為真空斷路器的一個整體部件。這樣,不僅縮小了真空滅弧室尺寸,而且徹底解決了帶電體部分不受外界環(huán)境(環(huán)境、濕度、海拔高度等)的影響,提高了耐氣候性,此時環(huán)氧樹脂不僅作為一次部分的主絕緣,而又是它的機械支撐,其電場分布和應力分布優(yōu)於各種形狀的絕緣隔板結(jié)構(gòu)。
2.2 產(chǎn)品發(fā)展的需要
當小型化真空滅弧室在空氣中的外絕緣不能滿足其標準規(guī)定的參數(shù)值時,真空滅弧室固封是在真空斷路器成本增加不大情況下保證外絕緣的有效途徑之一。在開關(guān)設(shè)備幾十年的發(fā)展構(gòu)成中絕緣性能提高了好幾倍,而開關(guān)設(shè)備的安裝麵積縮小了50%左右。使用小型化、免維護設(shè)備可以減少維修頻次,延長檢修周期以及減少開關(guān)設(shè)備的占地麵積。從而大大減輕運行人員的勞動強度和運行維修費用。經(jīng)過多年研究,固體絕緣無疑是小型化、提高耐環(huán)境性的解決方案之一。
國外一些知名公司,12kV、24kV真空滅弧室采用同一種外形的真空滅弧室(內(nèi)部不同),隻是使用條件不同而已,同一種外形的真空滅弧室在空氣中使用時為12kV;在有外絕緣保護情況下真空滅弧室的電壓等級提高至24kV。真空滅弧室外絕緣保護一般采取置於絕緣氣體環(huán)境中、置於絕緣液體環(huán)境中、固封。真空滅弧室固封不但可以實現(xiàn)真空滅弧室的小型化、而且實現(xiàn)了真空斷路器的小型化。
2.3市場競爭的產(chǎn)物
ABB公司推出的固封真空斷路器VMI,旨在替代絕緣套筒式的VSI,推進了真空斷路器技術(shù)進步。
目前,國內(nèi)市場的VSI產(chǎn)品形成了量大、麵廣的大眾化產(chǎn)品格局,這一產(chǎn)品市場競爭非常之激烈,其利潤已低到驚人之程度。
固封真空斷路器產(chǎn)品是實現(xiàn)產(chǎn)品向**發(fā)展的產(chǎn)物,也是一些真空斷路器製造商實行差異化競爭的一張**。
3 國內(nèi)外技術(shù)及開發(fā)情況
3.1 **市場及開發(fā)情況
1997年,由ABB在英國和美國的工程師聯(lián)合開發(fā)了一種新型VMI型真空斷路器,采用了僅有66個零件(7個活動零件)組成的磁力驅(qū)動機構(gòu)代替有數(shù)百個零件組成的傳統(tǒng)機構(gòu)。其分合閘位置均靠長久磁鐵保持,這種免維護的真空斷路器機構(gòu)在其10萬次的操作壽命中不需維修,是傳統(tǒng)真空斷路器壽命的好多倍。為了滿足VMl斷路器的長壽命、高可靠性的要求,ABB為其研發(fā)了一種結(jié)構(gòu)特殊小型化、長壽命的新一代真空滅弧室,並****地將真空滅弧室及上下出線連接件用環(huán)氧樹脂完全澆注起來,使整個斷路器極柱成為一個整體部件。固封極柱采用環(huán)氧樹脂作為絕緣介質(zhì),真空滅弧室與上下出線端等載流元件被環(huán)氧樹脂全部密封,從而達到*佳耐受和防止外界的影響:同時,真空斷路器配用的開關(guān)櫃體積大為減少。
環(huán)氧樹脂澆注式固封極柱問世後,即被嘗試取代傳統(tǒng)的組裝式極柱,安裝在ABB彈簧操作機構(gòu)VD4真空斷路器上。由於在絕緣性能、可靠性、壽命等許多方麵都有極為優(yōu)良的表現(xiàn),固封式極柱在商業(yè)上迅速取得了巨大的成功。據(jù)ABB公司宣傳資料,2003年ABB固封式極柱產(chǎn)量已經(jīng)達到了6萬隻以上,2004年ABB固封式極柱產(chǎn)量可達到近10萬隻,曆年產(chǎn)量參見圖1所示。
ABB公司在研究固封極柱的發(fā)展中起到了帶頭作用,其研究開發(fā)的新產(chǎn)品各有特色,代表了**真空滅弧室及開關(guān)設(shè)備發(fā)展的潮流。
3.2 國內(nèi)市場及開發(fā)情況繼VMI之後,國內(nèi)一些研究機構(gòu)、公司也相繼推 出具有類似功能、類似結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。
(1)鎮(zhèn)江龍源電器研究所組織研發(fā)的ZW37-40.5
為了學習****技術(shù),1999年由國家電力工業(yè)部電網(wǎng)運行處和**生產(chǎn)處牽頭,委托龍源聯(lián)合體鎮(zhèn)江龍源電器研究所組織國內(nèi)知名企業(yè)組成聯(lián)合研製小組,聯(lián)合研製國內(nèi)40,5kV固封式戶外柱上開關(guān)。1999年10月在大連召開專題會議,陝西寶光股份公司是**被選定為製造該類型真空滅弧室的單位,同年12月立項了TD24-405/1600-25(原TD口5-40.5/1250-16)型真空滅弧室。廈門新興源電器有限公司負責固封相柱,但當時受到設(shè)計水平、原材料、注射成型技術(shù)(APG工藝)等條件的限製,特彆是環(huán)氧樹脂直接與真空滅弧室瓷殼接觸,固封開裂,局部放電測試不過關(guān),固封技術(shù)一直冇有得到較快的發(fā)展,導致國內(nèi)一直未能形成批量生產(chǎn)能力。近年來,在ABB公司等國外公司成熟的固封極柱真空斷路器產(chǎn)品逐步推向市場的形勢下,福州新源電器有限公司借鑒**經(jīng)驗技術(shù)包環(huán)氧樹脂與瓷殼之間的過渡層,廈門新興源電器有限公司將包封好過渡層的真空滅弧室利用APG技術(shù)作成固封相柱,浙江華儀轉(zhuǎn)讓鎮(zhèn)江龍源電器研究所整機技術(shù)於2001年9月-2002年6月在沈陽“機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心(沈陽)”試驗站通過了型試試驗,通過掛網(wǎng)運行現(xiàn)已批量生產(chǎn)銷售。
(2)西安森源開關(guān)技術(shù)研究所研製的VSM-12
2002年,西安森源開關(guān)技術(shù)研究所在學習****經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,借鑒國外因封式真空斷路器經(jīng)驗,牽頭組織成立APG協(xié)作組,對固封極柱進行技術(shù)攻關(guān),設(shè)計和製造出完全可以安裝在VSI上的固封極柱產(chǎn)品,采用上海煤科院製造的壓力注射機,模具由廈門耐得工貿(mào)有限公司負責開發(fā)製造,由陝西寶光、成都旭光等研製真空滅弧室,由常州國電森源絕緣電器有限公司負責進行固封極柱樣品的試製,2003年8月成都森源開關(guān)有限公司采用常州國電森源絕緣電器有限公司、浙江玉環(huán)縣華通電器有限公司試製同封極柱生產(chǎn)的固封極柱配ZN口-12/1250-31.5(VSl.X)(VSM)型戶內(nèi)高壓真空斷路器在沈陽“機械工業(yè)高壓電器產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心(沈陽)”試驗站通過了型式試驗。由於受固封極柱的成品率問題,推廣較VSI緩慢。現(xiàn)在工藝成熟,已有批量生產(chǎn)銷售。
西安森源開關(guān)技術(shù)研究所在2003年的成都森源電氣技術(shù)論壇上極力推出其應用APG(theAutomaticPressureGelation,即環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠成型技術(shù))技術(shù)研製的VSM型的小型化真空斷路器產(chǎn)品,這種產(chǎn)品順應了國內(nèi)市場對產(chǎn)品小型化的要求,小型化的真空斷路器配用固封極柱、永磁機構(gòu)(也可配彈簧機構(gòu))。
(3)西安高壓電器研究所研製的ZN口-12/T630-20
西安高壓電器研究所聯(lián)合研製12kV/630A-20kA戶外柱上真空斷路器,陝西寶光負責研製用於固封的真空滅弧室,試製的TD口3-12//630-20A固封滅弧室裝配在平頂山愛迪生電器有限公司整機在西高所完成了試驗,通過掛網(wǎng)運行現(xiàn)已批量生產(chǎn)銷售。
(4)廈門科吉電氣有限公司研製的ZN口-12/T11250-315
廈門科吉電氣有限公司、上海科吉公司、廈門上川公司聯(lián)合深圳市耐吉電器有限公司等幾家整機廠試製的固封式真空斷路器采用陝西寶光TD14-12/1250-31.5E(原TD451AFB)型真空滅弧室,固封的成品率很高,已批量推廣使用。
(5)廈門華電開關(guān)有限公司與西安高壓電器研究所聯(lián)合研製的KYN96-12(z)配ZN96-12型(VEP)固封式真空斷路器。
廈門華電開關(guān)有限公司與西安高壓電器研究所聯(lián)合研製的KYN96-12(z)配ZN9(VEP)-12型固封式真空斷路器配陝西寶光研製的TD34-12(原TD480A)係列真空滅弧室完成了試驗?，F(xiàn)已將產(chǎn)品拓寬為1250A/31.5kA、3150A/40kA、3150A/50kA並完成試驗。此係列市場前景看好?，F(xiàn)已研究開發(fā)了40.5kV固封真空斷路器。戶內(nèi)40.5kV真空斷路器更適合固封,不但可以縮小體積,更有利於提高耐壓水平。
據(jù)了解無錫西門***也投入大量資金,用於開發(fā)固封(灌封)極柱產(chǎn)品。廈門耐得工貿(mào)有限公司合作成立了“常州恩貝德公司”,專門從事固封極柱產(chǎn)品。
3.3 固封用真空滅弧室及其固封極柱生產(chǎn)銷售量
國內(nèi)主要生產(chǎn)*大的極柱廠家:2006年廈門華電生產(chǎn)固封極柱ZXN96-12(VEP)斷路器6041臺、ZN96-40.5(VEP)斷路器109臺:北海銀河生產(chǎn)固封極柱VEG斷路器775臺:常州森源生產(chǎn)固封極柱斷路器(3AS)449臺;上海華銀生產(chǎn)固封VP-12極柱1200隻:廈門地區(qū)極柱包封廠合計提供其他斷路器廠固封極柱約6000隻以上:寧波耐吉生產(chǎn)固封極柱VN3-12斷路器749臺,VNl-40.5斷路器127臺:玉環(huán)縣華通電器生產(chǎn)固封極柱1780件:亞洲電力VDM6-12斷路器875臺等。因此,估測國內(nèi)2006年固封極柱合計約4-5萬隻。2006年比2005年極柱用量約增長2萬隻,2007年極柱增長量應不低於2萬隻。2005年2萬隻;2006年4-5萬隻;2007年極柱使用量應不低於7萬隻。
4 固封用真空滅弧室及極柱的技術(shù)
4.1 國內(nèi)固封極柱安裝尺寸主要分類
目前,國內(nèi)固封極柱斷路器主要分為VEP和VSM兩大係列。其中,VEP的生產(chǎn)商主要為:廈門華電、北海銀河等;VSM的生產(chǎn)商主要為:西安森源、常州森源等。VEP與VSM斷路器在固封極柱安裝尺寸的差異主要表現(xiàn)在小電流出線間尺寸的不同(額定電流<2000A)。其中:VEP斷路器出線問尺寸為205mm;VSM斷路器出線間尺寸為275mm;
4.2 接觸電阻及散熱
國內(nèi)固封極柱及其滅弧室經(jīng)過近六、七年的研究發(fā)展,在解決降低接觸電阻以及散熱問題上已取得關(guān)鍵進步。比較有代表性的有:廈門華電成功地進行了從12kV/630A~3150A-20kA~50kA,40.5kV/1250A-2500A-20kA-31.5kA等全係列產(chǎn)品固封極柱斷路器產(chǎn)品的開發(fā),固封極柱的接觸電阻≤12~15μ歐,並且完成了全套型式試驗。
陝西寶光目前用於固封極柱的滅弧室接觸電阻產(chǎn)品標準一般為:小電流滅弧室≤25μ歐、大電流滅弧室≤10μ歐:固封極柱接觸電阻產(chǎn)品標準一般為≤25μ歐。經(jīng)試驗驗證,完全可以滿足使用要求。
4.3 質(zhì)量控製情況
目前市場進行固封極柱包封的生產(chǎn)廠較多,對產(chǎn)品要求的理解以及質(zhì)量控製水平參差不齊。一些質(zhì)量信譽較高的生產(chǎn)廠,他們在生產(chǎn)過程中進行了電阻檢測、工頻、衝擊、局放、x光(檢氣泡)、高低溫、交變濕熱試驗等多項性能檢測:並對環(huán)氧樹脂原材料進行了玻璃化溫度、抗彎、抗拉性能檢測。這些檢測手段對產(chǎn)品質(zhì)量的可靠保證提供了控製依據(jù)。
5 目前固封用真空滅弧室及其固封極柱需要進一步解決的問題
5.1 固封用真空滅弧室
(1)技術(shù)基礎(chǔ)工作的研究:研究解決滿足固封用真空滅弧室的外形,散熱、圓角過渡、瓷殼釉層,導向套的耐熱溫度和變形,公差與配合,導電夾連接方式,真空滅弧室的高可靠性,機械壽命等。
(2)加強生產(chǎn)工藝過程控製,提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。重要是進行產(chǎn)品裝配、焊接工藝控製,保證滅弧室接觸電阻、整管及管芯的平麵度和平整度的一致性。
(3)外觀觀賞度需要提高,並滿足固封要求。
5.2 固封極柱
(1)建立健全固封極柱產(chǎn)品檢測檢驗技術(shù)規(guī)範,包括包裝運輸、安裝使用說明、運行規(guī)範等。
(2)由於固封熱的掀起,許多不具備固封的廠家盲目上馬,因此固封極柱產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。由於固封質(zhì)量問題,將滅弧室損壞。有些固封廠家存在檢測手段不完備、工藝不穩(wěn)定、產(chǎn)品質(zhì)量波動等情況。
(3)固封廠家不但要建立健國內(nèi)封極柱產(chǎn)品檢測檢驗技術(shù)規(guī)範,更要配置檢測檢驗測試設(shè)備、儀器,確保固封質(zhì)量。
(4)固封價格高,導致固封極柱價格高,阻礙固封斷路器的生產(chǎn)、銷售和發(fā)展。
(5)控製、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量,不盲目急於求成,將高可靠的產(chǎn)品推向市場。
6 真空滅弧室及其固封極柱產(chǎn)品前景
近幾年對真空滅弧室及其固封極柱產(chǎn)品的研究開發(fā),其技術(shù)逐步成熟,成品率有了較大的提高,但市場的接受能力不足。特彆是電力部門對新產(chǎn)品的認知態(tài)度。市場處於試運行階段。特彆是許多廠家宣傳言過其實,提供市場的產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定,對市場及用戶造成負麵影響。固封價格太高,用戶與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比,無法接受。
固封用真空滅弧室及其固封極柱若能解決以上問題,其市場將會麵臨遞增的發(fā)展勢頭,而用於固封極柱的專用滅弧室更是以3倍的速度快速擴大著市場容量。固封極柱市場的開發(fā)推廣,我們應將開發(fā)極柱用滅弧室市場作為工作重點,把穩(wěn)步跟進固封極柱市場,作為擴大市場、提高產(chǎn)品檔次的一種手段。
成都森發(fā)橡塑有限公司專業(yè)為高壓電氣1KV-110KV配套石墨尼龍導向套，納米尼龍導向套，聚苯硫醚導向套，聚四氟乙烯導向套，開關(guān)管模壓軟包矽膠層，開關(guān)管灌封式包矽膠層，銅靜導動導零件，矽橡膠膠套，矽膠觸臂套筒，聚苯硫醚拉桿，銅導電桿，絕緣袖套，冷縮電纜附件，熱縮電纜附件，電纜插頭頭，矽橡膠避雷針，熱縮套管，熱縮母排，通訊冷縮管，SMC絕緣拉桿等電氣製品。
成都森發(fā)橡塑有限公司是鐵路電氣配件及電力電氣絕緣製品的專業(yè)生產(chǎn)廠家。致力於各種特種塑料製品、絕緣製品、橡膠製品、環(huán)氧玻璃纖維增強製品等的生產(chǎn)及開發(fā)。產(chǎn)品廣泛應用於鐵路機車、電力電氣、電子機械、輸變電行業(yè)。產(chǎn)品外觀精美，尺寸穩(wěn)定，變形小，耐電壓高，滅弧能力強。
主要生產(chǎn)設(shè)備：塑料注塑成型機、熱固注塑成型機、四柱液壓機、固體橡膠注射機、液體橡膠注射機、平板硫化機、橡膠開煉機、橡膠密煉機、噴砂機等。
使用原料：SMC、BMC、酚醛4330、環(huán)氧樹脂、矽橡膠、乙丙橡膠、尼龍66、耐熱改性不飽和聚酯模塑料及各種工程塑料、通用塑料。
取得認證：按ISO9001-2000標準建立了質(zhì)量管理體係，並獲得了質(zhì)量管理體係認證證書及國軍標質(zhì)量體係認證。
