傅德平
中国科学院电工研究所，北京 100080
1 前言
玻璃钢绝缘套管是50MW蒸发冷却汽轮发电机定子电流引出，与外部电气设备相连接固定，防止冷却介质氟利昂113泄漏的关键性绝缘密封部件。因为在一般常规瓷套管的规格中，其结构和形状都满足不了蒸发冷却电机的整体性密封技术要求。如果按照蒸发冷却电机的密封结构要求订做瓷套管，必须要有一定的数量，价格是昂贵的。为此，我们根据环氧树脂和玻璃丝纤维制成绝缘材料的耐电压强度，和冷却介质氟利昂113具有很高的绝缘性能，以及电机定子引线部位处在电机底部封闭的暗室内等的几个特点，采用了环氧树脂和玻璃丝纤维在模具上缠绕，经高压密封仓内加压力固化制成的玻璃钢套管。这种套管在实验室进行了电晕、闪络和电压击穿，以及气密性试验，取得的各项电气性能数据，均达到GB311—64的高压套管试验标准所规定的考核指标。气密性能在0.5MPa保压48小时无泄漏现象。6根玻璃钢绝缘套管与机组组装一起，于1991年3月在上海超高压输变电公司投入并网运行。在1994年，其中一根套管在法兰附近的大裙边缘发生裂缝，造成冷却液渗出。在机组大修期经采用SK型密封胶涂布处理后，一直安全运行至今。
2 玻璃钢套管结构
套管在蒸发冷却电机中起绝缘、密封及通过法兰与定子机座底部的出线盒相固定，把定子电流引出的关键作用。一般套管都是以增加套管壁的厚度和在法兰附近以大裙的方式，来增强套管的耐电压强度和爬电距离。但瓷套管壁的厚度愈厚，在制造工艺上难度愈大，而且在烧制过程中的变形也愈大，对要有严格密封要求的蒸发冷却电机，瓷套管在密封要求上是很难得到保证的。采用环氧树脂和玻璃丝纤维制造成如图1结构的玻璃钢绝缘套管，从套管的结构图中我们可以清楚地看到，玻璃钢套管的结构与常规型瓷套管在结构上是有差异的。其特点：1.在蒸发冷却电机中的套管与定子母线连接的一端被氟利昂介质浸泡；2.被介质浸泡的端部上下均开有小孔，使氟利昂冷却液浸入形成循环回路，不但改善了引线铜排的冷却效果，同时还起到了部分主绝缘的作用；3.选择介电系数ε较小的树脂材料和适当增加法兰处套管的厚度，来改善套管的电场分布。
1—螺母；2—套管；3—O型密封圈；4—引线铜排；5—O型密封圈；
6—弹性垫片；7—铜环；8—法兰；9—介质氟利昂；10—定子出线盒
图1 玻璃钢套管结构装配图
3 实验装置
1)高压实验装置如图2。高压引线铜排(1)穿入玻璃钢绝缘套管(2)，通过螺母(3)紧固，与100千伏交流试验变压器的高压端连接，与套管粘接的不锈钢法兰(4)作为接地点，高压实验装置的两端分别架在绝缘架子(5)上。
图2 套管高压实验装置图
2)气密实验装置如图3。玻璃钢绝缘套管(4)与穿入的引线铜排(1)，通过紧固螺母(2)将O型密封圈(3)压紧成一体，再通过法兰(5)与气密容器(8)，由螺栓(6)将O型密封圈(7)压紧成为气密实验装置。在气密容器的中部位置装有压力进气阀和压力表(9)，以便注入和测定容器内压力情况。
图3 套管气密实验装置图
4 实验及使用结果分析
1)耐电压强度试验 我们对九根玻璃钢结构的绝缘套管在空气中分别进行了耐电压强度试验，测得的实验数据表明：九根套管的耐电压强度，在相同的外加试验电压下，只有一根套管当外加电压升到60kV时，从法兰边缘附近开始出现电晕放电，当电压升高到70kV时法兰附近有明显的滑闪放纾⒂信纳臁Ｆ溆嗟陌烁坠埽蓖饧邮匝榈缪勾恿闵?0kV至70kV(维持5分钟)均未见电晕放电，只有当电压升到75kV时，套管法兰边缘附近均出现微弱的电晕放电，当电压降至68kV时电晕均消失。
2)气密试验 套管的气密试验是在密封容器如图3上进行的。当密封容器内压力加到0.5MPa时，经48小时的保压，九根套管均无泄漏现象。其中一根套管，还在密封容器内注入氟利昂12，容器表压力为0.5MPa时，用卤素检漏仪在10-6漏率灵敏度下检测未发现泄漏。
3)实际使用情况 六根玻璃钢套管与50MW氟冷机组装配一起，于1991年3月并网投入运行约三年，其中一根套管如图4，在法兰附近的裙边缘发生一裂缝，造成冷却液向外渗漏，在机组维修时，经采用SK型密封胶涂布处理后漏点即消失，机组运行至今六根套管均未出现异常现象。
图4 50MW蒸发冷却汽轮发电机定子引线套管装配图
4)结果分析
(1)对九根玻璃钢绝缘套管，在空气中分别进行的耐电压强度实验结果表明：在相同的外加电压下，除一根套管的耐电压强度偏低外，其余八根套管的耐电压强度均满足GB311-64的高压套管的试验标准。其中一根套管耐电压强度偏低，其原因是：发现该套管在加工缠绕时，玻璃丝纤维是采取交叉缠绕，纤维交叉搭盖的交叉处形成空隙，高压试验时，放电并沿其发展，导致套管的绝缘性能下降。
(2)一根套管运行3年后发生裂缝导致冷却液渗漏，其原因：由于引线铜排与外部电气设备的连接，是以硬连接方式连接的，导致铜排与套管之间的装配长时间处在单向拉力的作用力下，造成套管在法兰附近局部开裂。
5 结论
1)玻璃钢结构定子电流引线绝缘套管，在其表面没有采取防晕措施的情况下，在空气中加试验电压5分钟，通过11kV级高压套管的最高检查性试验电压75kV时，套管表面无明显电晕放电现象，说明玻璃钢绝缘结构的套管耐局部放电的强度是高的，绝缘性能是可靠的。
2)套管在压力0.5MPa下保压48小时无泄漏，以及在运行中即使出现漏点，经简单的处理后就能恢复原有的密封性能，表明玻璃钢套管密封性能是可靠的。
3)根据50MW蒸发冷却汽轮发电机投入并网运行七年来的运行情况，如果在玻璃钢套管的材料配方选择和加工工艺作进一步的研究与改进，以及在套管表面加以防电晕处理，这种新型结构的玻璃钢绝缘套管，完全能够用于更高电压等级的，并有严格密封要求的电机作定子电流引线绝缘套管。
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