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绝缘管型母线的行业现状分析及关键技术展望

北极星输配电网  来源:《中国电力》杂志    2018/6/15 11:32:46  我要投稿  

4 行业现阶段共性问题

中国绝缘管型母线产品种类众多,不同种类设备具有不同的技术特点及难点,使得绝缘管型母线行业面临全新的问题和不同的技术需求。典型故障原因反映出现阶段存在一些共性问题,归纳这些共性问题将有助于找到有效解决途径。

4.1 设备生产商能力问题

(1)产品型式设计能力问题:目前,国内绝缘管型母线产品种类繁多,并非所有生产商都具有相应的能力和经验。应加强行业交流,规范设备型式,提出统一有效的指标依据和设计要素。

(2)生产能力问题:一些厂家缺少完整的工艺文件,生产中凭经验、靠感觉,部分应由机械操作的工艺环节仅靠手工完成,给设备安全可靠性造成隐患。应有完整的工艺控制文件和符合工艺要求的工装、设备从而保障产品性能达到设计要求。

(3)全制造行业产品自我完善能力问题:故障发生后,不能简单地更换产品,而应从理论和技术方面深入分析故障的原因,对产品进行完善和提升,防范事故重复发生。

4.2 标准和检测能力问题

由于绝缘管型母线是低压辅助类设备,各界缺乏重视,对于产品结构,缺乏统一的行业限定;对产品质量缺乏公认的考核标准。这使得有关部门有心对行业和设备质量进行监管却缺乏统一公认的、具有科学研究支撑的标准和规范作为依据。

同样,在检测方面也存在以下问题:(1)缺乏可以有效检验绝缘管型母线质量特别是长期运行可靠性的型式试验方法。(2)缺乏检验设备生产、安装质量的生产过程检验、出厂试验和现场交接试验方法和手段。(3)缺乏运维状态检测手段和评价依据。

目前,中国电力企业联合会、中国电工技术学会、国家电网公司等正在出台基于绝缘管型母线的体系化研究成果的有关设备型式结构、技术指标及其检测方法、交接验收直至运行维护、状态检测等全环节的系列化标准。推动标准实施,并在实施过程中不断完善标准,将使得检测暴露出来的问题被有效解决。

4.3 体系化理论基础研究问题

该类设备在国外技术较为单一且成熟,公开可查的文献材料少有见到。仅见2017年俄罗斯西伯利亚联邦大学Egor Moskvichev等开展的环氧浸渍类绝缘管型母线机械强度特性研究[11]。

而在国内,该类设备品种众多,且在应用中出现大量问题,因此已引起部分研究者关注,并在以下方面开展了一定程度的研究工作。

材料基础特性及其工艺方面:文献[12]研究了不同制备工艺和结构特性对微孔聚四氟乙烯(PTFE)电缆绝缘材料电气性能的影响,研究发现制备工艺改变会导致PTFE的结晶度、力学性能、介电强度发生变化,进而影响其使用寿命。文献[13]研究不同掺杂配比的PTFE试样时,发现材料的配比能够极大地影响聚合物内空间电荷的积聚特性,进而影响其电气性能。文献[14]在研究环氧树脂机械特性时发现,不同配比的环氧树脂断裂截面明显不同,而且温度对不同配比环氧树脂的影响也不相同。文献[15]研究了用于绝缘管型母线主绝缘的环氧树脂在热老化环境下的力学特性,结果表明在热老化作用下环氧树脂抗拉强度基本呈线性下降,且老化过程中脆性断裂的概率增加。

缺陷发展及其表征方面:文献[16]总结了聚四氟乙烯绝缘带绕包式绝缘管型母线的局部放电典型故障,同时进行了聚四氟乙烯材料的电、热联合老化试验,研究老化对材料击穿电压和介电特性的影响;中国电力科学研究院从现场使用适用性的角度出发,对可能用于绝缘管型母线的检测状态量和指标进行了分析研究。

安装工艺方面:文献[17]在研究管型母线安装过程工艺时指出,弯曲扰度、轴向偏移等控制量十分重要,安装过程中需要特别注意。

检测手段方面:文献[18]研究绝缘管型母线接头处局部放电特性时指出,管型母线的接头是一个易出现故障的环节,其关于接头局部放电的研究结果为绝缘管型母线接头处沿面放电的早期检测提供了试验基础。文献[19]采用局部放电检测中的超声波检测法和超高频检测法对全绝缘管型母线局部放电进行检测和分析诊断,结果发现通过综合运用这两种方法可以提高局部放电测试的效率。文献[20]得到了聚四氟乙烯绕包类设备缺陷的局部放电图谱典型特征。文献[21]和文献[22]则根据特定的检测方法得出设备在运维过程中的状态评估方法和运维建议。

这些研究都对了解绝缘管型母线的材料特点、典型放电性缺陷及其发展、部分工艺要点和检测方法等方面起到了很大的推动作用。然而,科学构建该类设备相关问题研究体系,才能在根本上从提升设备质量和增强设备性能检测两方面遏制事故频发现状,提高设备运行可靠性。

5 研究展望

结合绝缘管型母线本身绝缘材料和绝缘结构特点、行业发展现状及存在的普遍问题,本文认为:必须围绕绝缘管型母线在材料选取、绝缘设计、生产工艺和产品质量检测及运行维护等全过程,从技术问题和管理问题两个层面开展体系化研究工作,才能找出目前设备故障多发的根本性解决方法,提高产品运行稳定性,并推动该类设备向更高电压等级及更广泛应用领域发展。

5.1 技术问题研究

5.1.1 绝缘管型母线性能优化及检测能力提升的基础研究

主要是绝缘结构缺陷的影响因素及其发展的研究。归纳绝缘管型母线在原材料、生产、运输、安装及运行中产生的多发性缺陷种类,研究其受电、热、机械及环境因素作用下发展的过程特性及其在绝缘管型母线服役特征参量上的相应变化。一方面,支撑改进工艺,控制缺陷;另一方面,为在运行中选取相应的试验方法,检测缺陷种类和影响程度提供理论依据。

5.1.2 绝缘管型母线体系化设计方法的研究

全面分析绝缘管型母线的材料、结构、工艺条件及应用环境等条件,建立完整的绝缘管型母线设计体系,体现设备特征,对关键尺寸、参数以及生产过程中须要达到的工艺要求进行全面、科学的设计。使得设备的设计有章可循,同时能顺利向更高电压等级、更广应用领域升级。

5.1.3 基于多维服役状态特征参数的绝缘管型母线服役状态综合评估技术研究

在分别研究不同缺陷的发展特性及其宏观服役状态参数表征的研究基础上,建立两者间的交叉对应管理,利用运行中测得的多种服役参数,综合分析判断是否有缺陷,缺陷的种类及其发展程度,从而综合判断绝缘管型母线的服役状态,为设备的运行和维护提供指导。

5.1.4 绝缘管型母线服役状态关键特征参数的连续监测系统研究

为进一步提高绝缘母线运维水平,应基于多维服役状态特征参数的绝缘管型母线服役状态综合评估技术研究成果,利用带电检测和在线监测技术实现绝缘管型母线服役状态关键特征参数的连续监测。

5.2 管理问题研究

随着绝缘管型母线在中国各行业的推广应用,绝缘管型母线行业管理当下最重要的任务是编制绝缘管型母线系列标准。这对有效解决当前绝缘管型母线在产品设计、材料选型、生产管控、性能检测、建设施工、日常运维、状态检测等全过程缺乏技术标准可供依据的难题,为最大限度地发挥绝缘管型母线的技术优势与特点提供坚强保障,具有重要意义。

目前,部分厂家在产品全工艺过程的管控,部分运行维护单位对设备的交接、运行等环节均积累了一定的经验,与之相关的研究也正在进行,以这些工作的成果为基础,建立该类设备系列化标准体系的时机已经成熟。

6 结论

本文着重分析了绝缘管型母线在中国的发展现状、技术特点和存在问题,并在此基础上提出了绝缘管型母线当下发展亟待解决的多项问题。主要有以下结论。

(1)中国绝缘管型母线设备起步较国外晚,目前行业尚处在发展初期,但设备种类繁多。

(2)绝缘管型母线主要有浇注、绕包和挤包3类,不同种类的结构设计、工艺控制关键点差异甚大,技术特点各有其突出优势和不足之处,生产、使用中应扬长避短。

(3)绝缘管型母线故障频发,暴露出设备在设计、生产、安装、运行和全过程检测中均存在问题之处且目前的研究基础不足以支撑解决存在的问题。

(4)为提高绝缘管型母线设备运行稳定性,促进产业升级,应从技术问题和管理问题两方面着手开展研究,以研究该类设备材料可能产生的缺陷的发展特性和检测方法为科学依据,在技术上建立该类设备的综合设计体系,在运行中建立设备状态检测和评价方法体系,研发带电检测、在线监测系统,同时在管理层面建立围绕设备生产、安装、交接验收及运行维护全环节的标准体系,为设备质量监管提供依据。

作者:阮羚 , 刘睿 , 赵健康 , 许志斌 , 杨帆 , 朱思瑞 , 李文佩   

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原标题:绝缘管型母线的行业现状分析及关键技术展望

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