10 kV線路升級為20 kV線路絕緣問題研究

王明邦,王哲斐,王 臻,陶松壘

1.上海兆邦電力器材有限公司 上海 201315 2.浙江科技學院 杭州 310023

1 研究背景

我國配電網中,原有10 kV裸露線路已基本改造為絕緣線路。如果采用20 kV電壓等級線路,供電能力將得到大幅提高。全面新建20 kV配電網,需要大規(guī)模投資和較長的建設周期,并且廢棄原10 kV線路,較為浪費[1]。通過對現(xiàn)有線路進行低成本快速改造,將10 kV線路升級為20 kV線路,具有重要意義[2-3]。在10 kV線路升級為20 kV線路的過程中,絕緣是一個重要課題,筆者對此進行研究。

2 配電線路絕緣評估

在10 kV線路升級為20 kV線路的過程中,需要依據(jù)國家和行業(yè)標準,基于安全性和可靠性,對線路設施的絕緣進行評估。在評估中,將原10 kV線路設施劃分為能夠繼續(xù)使用、不能繼續(xù)使用、修復彌補后能夠繼續(xù)使用三類[4]。

2.1 電桿與橫擔

目前正在運行的10 kV絕緣線路,有很大一部分是由裸露線路改造而來的,電桿與橫擔均為原10 kV裸露線路的規(guī)格。在此基礎上,采用灌注型絕緣護罩將裸露部位包裹封閉在絕緣等級更高的介質中,能夠符合20 kV線路的絕緣要求。

10 kV線路和20 kV線路電桿參數(shù)見表1。由表1可知,10 kV線路電桿與20 kV線路電桿的檔距、接地電阻值基本一致,因此對于20 kV線路而言,電桿可以直接沿用原有10 kV線路電桿。

2.2 絕緣子

10 kV線路和20 kV線路絕緣子參數(shù)見表2。由表2可知,對于針式絕緣子和懸式絕緣子而言,20 kV線路絕緣子和10 kV線路絕緣子的爬距大致相等;而柱式絕緣子則不同,20 kV線路柱式絕緣子的爬距比10 kV線路柱式絕緣子大220～230 mm。因此,10 kV線路絕緣子不能沿用至20 kV線路,需要進行校驗、耐壓試驗,并調整爬距。

表1 配電線路電桿參數(shù)

表2 配電線路絕緣子參數(shù)

2.3 最小距離

10 kV線路和20 kV線路最小距離見表3。由表3可知,適當調整10 kV線路的橫擔間距,即可滿足20 kV線路的使用要求。

2.4 導線與金具

如果線路的載流量相等,那么10 kV線路裸導線可以直接用于20 kV線路。10 kV線路和20 kV線路絕緣導線、金具參數(shù)見表4,線路中耐張線夾握著力不小于65%導線拉斷力。由表4可知,20 kV線路絕緣導線比10 kV線路絕緣導線厚2.1～3 mm,屏蔽層厚0.1～0.2 mm,因此10 kV線路絕緣導線需要進行耐壓試驗,確認合格后才能用于20 kV線路。10 kV線路金具和20 kV線路金具的安全因數(shù)相等,10 kV線路金具經校驗合格后可用于20 kV線路。

表3 配電線路最小距離

表4 配電線路絕緣導線與金具參數(shù)

經耐壓試驗,聚氯乙烯材質絕緣導線的絕緣層耐壓水平達到15 kV/mm,由此確認10 kV線路絕緣導線能夠滿足20 kV線路的運行要求。通過以上評估可知,10 kV線路的電桿、橫擔、絕緣導線和一些金具可以在20 kV線路上沿用,變壓器、絕緣子、避雷器、絕緣護罩等則不能沿用,需要更換。對于導線絕緣層損傷、電氣接續(xù)點和裸露處,進行修復彌補后可以升級用于20 kV線路。

3 灌注型絕緣護罩的應用

絕緣子、線夾、避雷器的電氣接續(xù)點和裸露處是線路中的耐壓薄弱點,且絕緣子和線夾在線路中數(shù)量較多,可以通過將普通絕緣護罩更換為灌注型絕緣護罩,使電氣接續(xù)點封閉在絕緣等級更高的介質中,進而提高絕緣性能,使線路工作電壓等級提高,達到20 kV的絕緣要求。楔形耐張線夾灌注型絕緣護罩如圖1所示,柱式絕緣子灌注型絕緣護罩如圖2所示,分支線夾灌注型絕緣護罩如圖3所示。

圖1 楔形耐張線夾灌注型絕緣護罩

圖2 柱式絕緣子灌注型絕緣護罩

圖3 分支線夾灌注型絕緣護罩

楔形耐張線夾灌注型絕緣護罩由對稱的兩部分組成,安裝在楔形耐張線夾上。基于若干個扣子將兩部分緊密扣住,包裹住楔形耐張線夾絕緣子引弧電極和導線的裸露部分,導線出入口由絕緣密封墊密封。流體形態(tài)的填充物由注入口注入,填滿后由專用蓋封口。楔形耐張線夾灌注型絕緣護罩的安裝使用過程由專用工具帶電操作完成,填充物采用絕緣阻燃材料,雷擊和漏電不會對填充物產生影響,并且由于材料具有柔性,可避免線路晃動時導線受到損傷。

柱式絕緣子灌注型絕緣護罩的安裝使用方法與楔形耐張線夾灌注型絕緣護罩基本相同。絕緣子上的裸露部分由護罩包裹,避雷器由緊固件固定在橫擔上,絕緣子引弧電極指向避雷器頂部。避雷器為智能型,底部設有信號天線。

分支線夾灌注型絕緣護罩同樣由對稱的兩部分組成,安裝在分支線夾上。在分支線夾安裝護罩的一端,導線出入口的絕緣密封墊內設有信號處理發(fā)射器和雷電感應器。

制作灌注型絕緣護罩時,基于楔形耐張線夾、柱式絕緣子、分支線夾的外形和裸露部分制作模具,再將復合絕緣硅膠放入模具內加溫壓注。復合絕緣硅膠為絕緣材料,拉伸強度為9.0 MPa,斷裂伸長率為800%,抗撕裂強度為30 N/mm,體積電阻率為1.9×1014Ω·cm,50 Hz時介電常數(shù)為2.8,50 Hz時損耗因子為0.001 6,介電強度為26 kV/mm。灌注型絕緣護罩使電氣連接部位封閉在絕緣等級更高的介質中,具有絕緣、密封、防腐、抗爬電、消弧、潤滑、防潮等作用,可以提高整個線路的工作電壓等級,并且可以防雨、防塵、防鳥糞,起到機械保護作用。

填充物采用由固化劑、改性劑、填料、稀釋劑制成的環(huán)氧樹脂。為使環(huán)氧樹脂快干,不流失,便于澆注,選用胺類固化劑。為提高環(huán)氧樹脂的柔性、韌性、抗剪性能、抗彎性能、耐沖擊性能,并降低成本,選用聚乙烯醇縮丁醛作為改性劑,并選用石棉纖維、云母粉、瓷粉作為填料。

4 絕緣層彌補加厚

在將10 kV線路升級為20 kV線路時,對于導線絕緣層損傷、導線與樹或建筑物距離近等情況,需要對導線絕緣層進行彌補加厚。絕緣層加厚機器人是損傷導線絕緣層進行彌補加厚的專用設備,其應用如圖4所示。

圖4 絕緣層加厚機器人的應用

應用絕緣層加厚機器人時,絕緣層加厚機器人掛于導線上進行帶電作業(yè),將絕緣膠帶纏繞至導線絕緣層的損傷部位,進行包裹和加厚,使導線達到20 kV線路的絕緣要求。

5 結束語

筆者對10 kV線路升級為20 kV線路的絕緣問題進行了研究[4],通過評估確認可以沿用的線路設施,并采用灌注型絕緣護罩、絕緣層加厚機器人對不能直接沿用的線路設施進行絕緣等級提升,使線路設施滿足20 kV線路的絕緣要求。采用灌注型絕緣護罩和絕緣層加厚機器人,可以較好地解決10 kV線路升級為20 kV線路所面臨的絕緣問題,具有投資少、效益高、速度快、安全可靠等優(yōu)點,并能降低電網損耗。