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辐照交联型硅橡胶绝缘自融带在变、配电 绝缘防护应用中快速解决安装及密封难题


一、辐射交联型硅橡胶自融带应用于变、配电设备绝缘密封防护及其他领域的意义

变、配电设备绝缘密封防护的目的是解决如下问题:开关柜、变电站室内外1035kV母线(排)的绝缘密封保护;有效地杜绝室内母排小动物短路故障;防止带电裸排造成的人身伤害;有效防止污闪、凝露闪络的发生;防止盐雾及有害化学物质对母线的腐蚀;防止短路所致弧光短路电气故障;防止冰柱、粘雪所致的放电故障,杜绝异物搭接所致电气故障;特殊电气接点部位的绝缘密封防护处理;增强相间绝缘,缩小相间距离;避免导体搭接部位因拆卸→安装复原过程遗留隐患等等。

辐射交联型硅橡胶自融带是由航空航天科技转化为民用的新型产品,是新一代使用快捷方便的新型绝缘密封防护材料,可大大缩短检修时间、提高工作效率。变、配电系统所有35kV及以下带电体裸露部分皆可应用,适用于户外母线桥、户内开关母线、柜上母线、手车母线及其他需要进行绝缘防护的特殊部位。具有寿命长、性价比高、使用方便、不用动火、局放小等优点,具备传统绝缘材料无法逾越的优越性,能快速解决变、配电设备绝缘密封防护难题,克服传统绝缘材料用于绝缘防护的不足:如施工工艺复杂、必须动火、耗时长、接口容易开裂等等弊端,有效降低电力设备运行安全隐患。

因此,我们有理由让业界相信辐射交联型硅橡胶自融带将因其独特的技术性能及应用工艺的简单快捷性优势而成为电力设备全工况绝缘密封防护主流技术。

辐射交联型硅橡胶自融带用于所有35kV及以下带电体裸露部分任意不规则形态的带电体连接处的绝缘密封防护,如柜上刀闸、断路器、金属母排等特殊部位的绝缘密封防护;可用于无自由端的带电体绝缘防护,解决相间距离不足、用于破损电缆修补、因绝缘破损所致紧急修复;电力电缆头侧面密封等。是变、配电设备绝缘防护故障紧急修复、提高应急抢修响应速度的优选材料。

耐高低温、耐化学腐蚀等特殊环境下线缆及部件的保护;线缆端部、连续、接线端子、焊点的绝缘保护;电阻、电容、热电偶等电子元件的绝缘保护,特殊部位的手柄绝缘防护。

矿山、油田、化工等严禁动火场所的电力系统高、低温环境下绝缘密封防护。

二、变、配电设备传统绝缘防护材料的技术发展过程及存在问题

电力行业内人士众所周知:目前变、配电设备上应用的传统绝缘防护材料的技术发展经历了三代发展过程……,经过短短几年时间运行不难发现:传统绝缘材料存在柔软性差,耐电弧能力差,在短路瞬间产生的高温作用下容易造成开裂、脱落,接头盒部分开裂成鸟窝等等弊端。这些情况造成了变、配电设备全工况绝缘防护的二次隐患,不但没有解决相应的绝缘防护问题,反而带来诸多不可预料的问题。传统绝缘防护施工工艺必须拆卸电气设备上母线(排)连接螺栓,有时会因为复原安装工艺欠缺(如安装不慎使紧固螺栓滑牙致使扭矩不足等情况)导致母排在运行中发热,令绝缘材料过早老化乃至失效,引起电气设备运行可靠性下降。多数传统绝缘防护材料的施工必须采用热烤成型工艺才能产生定型效果,动火作业有时会使母线(排)周边的的控制线缆绝缘受热烤而损伤,从而加速控制线缆绝缘老化,严重的会导致绝缘失效。动火作业使用液化气燃料,气体输送软管因经常拖拽而受损,产生可燃气体泄漏而导致火险发生,危及施工人员和设备安全。传统的绝缘防护施工工艺耗时长,致使设备停运时间长,因此在一定程度上影响系统的运行方式安排(特别是薄弱网架),加重保供设备负荷,降低了电网安全运行系数,直接限制了电能送出能力(特别是负荷高峰时期)。  

三、辐射交联型硅橡胶自融带的特点

1、辐射交联型硅橡胶自融带的技术来源、生产制造及其工艺特点

硅橡胶自粘带是国际上通用的特种发动机电气插头绝缘密封材料,这种高性能绝缘密封防护材料无论从研究还是产品制造方面在我国均属空白,只有美国和俄罗斯等极少数航空航天技术发达的国家掌握这方面的制造技术。国内现有的硅橡胶交联类型基本分为室温交联和高温交联两种,两者都存在交联程度不受控(完全交联),造成制品没有自粘性、拉伸强度及断裂伸长率不可控、易老化脆裂,无法完全满足特种发动机的使用要求。因此,国内所需高性能硅橡胶自粘带完全依赖从美国、俄罗斯等国公司进口,不但价格昂贵,还受多方面因素制约。

为了尽快实现这一特种功能高分子材料的国产化,填补国内空白,中科院长春应用化学研究所在没有任何相关项目研究或是产品制造文献报道的条件下,凭借在辐射化学研究领域三十余年的研究与开发经验,依靠高分子辐射加工领域雄厚的技术力量,于2001年开始进行辐射交联硅橡胶的研究工作。科研人员在对国外样品及相关主要原材料进行大量的分析后,经过采用捏合混炼胶、硫化压制试片、辐射交联技术等试验方法制备试片,并对试片严格进行自融性、热老化性、电气性能及力学性能测试;通过大量的材料构成试验、材料配比试验和功能性测试等多项试验,科学地确定了自粘带材料构成及加工工艺研究方向。最终以硅氧烷聚合物为基础,应用独特的配方设计和辐射交联方法制成辐射硫化电绝缘耐热自粘带,实现国产辐射交联型硅橡胶完全可以避免交联不受控,满足自粘性要求。并根据航空航天、军工客户的需求进行了批量生产和供货。

国产辐射交联型硅橡胶具有独特的配方和生产工艺创新,关键性能指标超过了国外同类产品,满足了耐寒(长期-60℃)、耐高温(长期250℃)、绝缘、密封等特殊工况需求,而且产品拉伸强度和断裂伸长率都较其他交联方法有大幅度的提高,达到硅橡胶从未有过的高性能指标,如在耐温、耐臭氧及紫外线等。它的研制成功,完全替代了国外产品,逆转了国内军用辐射交联型硅橡胶产品完全依赖进口的局面,满足了国内特种发动机制造的需求。

辐射交联型硅橡胶独特的创新亮点在于产品采用独特配方,以硅氧烷聚合物的独特成型工艺制造的具有自融性的电气绝缘耐热弹性材料,主要特点是柔软高弹性、室温下可自融成一体、高绝缘、耐臭氧、耐紫外线,能够在-60250℃恶劣工况下长期工作,短时间可承受300℃的高温热灼冲击。且该技术具有自主知识产权,多项技术性能指标居国际先进水平。

辐射交联型硅橡胶开始之初是针对航空发动机的国产化需求而研制的。2002年底的一个偶然机会本人从一位飞机机械师朋友处接触到航空用辐射硫化电绝缘耐热自粘带(辐射交联硅橡胶自融带前身),当即对该产品独特的自融自粘性能及耐高压高温性能产生浓厚兴趣:既然该产品能应用于各项性能指标要求极高的航空航天领域,应能同样满足变、配电设备绝缘密封防护技术要求!而且变、配电设备绝缘密封防护材料某些技术性能指标要求远远没有航空航天领域要求的那么高,基于这一简单的推理,本人开始通过网络等途径收集有关辐射硫化电绝缘耐热自粘带产品资料,并使用5000V兆欧表对一小块样品进行绝缘测量,绝缘强度达到1300MΩ/mm,……经过对该产品的深入了解,发现其独特的高性能同样也适用于变、配电设备及其他领域中高度集约化设计的电气设备绝缘密封防护,立即与生产商120彩票下载取得联系,提出将辐射硫化电绝缘耐热自粘带性能指标由航空航天级降低至变、配电系统要求的性能指标的可能性,探讨尝试将航空航天级辐射硫化电绝缘耐热自粘带产品转化应用于变、配电设备、制造大型高压电机、特种机械的电气绝缘密封防护,以及解决船舶、矿山、油气、化工、钢铁等行业特殊高温高压恶劣环境下的强绝缘密封防护的建议。

2002年3月,本人正式与120彩票下载开展技术合作,尝试将航空航天级辐射硫化电绝缘耐热自粘带技术成果转化应用于变、配电设备绝缘密封防护领域;拟根据需要调整其性能指标以满足不同环境需要;适应范围扩展三个方面的可行性研究。……技术转化研发工作进展顺利,经过对“冷储”、“辐射硫化二次定型”等关键工艺多次调整,于当年7月成功试制出灰色辐射交联型硅橡胶自融带。之后根据相序标识规定试制成功红、黄、绿三种颜色的辐射交联型硅橡胶自融带。送检前分别在带棱角(连接螺栓)、棱边(未经倒棱处理工序的母排)部件上进行复杂工况条件下的绝缘防护试验过程中,发现在此类工况条件下的试品的绝缘强度损失高达50%以上。由此积累了一些改良经验后才送检,试品均一次性通过上海电缆所检测(附检测报告)。

在变、配电设备的绝缘防护和特种电机制造方面,辐射交联型硅橡胶自融带因其使用方便、不用动火、局放小等优点,具备传统绝缘材料不可替代的优越性,逐步取代传统绝缘防护材料而成为技术发展的主流,同样硅橡胶自融带也会因其独特的技术性能及安装工艺的快捷性优势而逐步替代传统绝缘防护材料,成为电气绝缘密封防护的主流技术。

2、硅橡胶自融带的特性

- 耐高低温:能够在-60250℃下长期使用,短时可承受300℃的高温冲击。

   - 优异的电气性能:击穿强度高,防电弧、爬电、闪络。

   - 卓越的抗老化性能、耐臭氧及紫外线性能,使用寿命在15年以上。

   - 极佳的自融性、阻燃、耐水、减振。

   - 施工便捷性:适合异型结构导体的绝缘防护施工,无需加热、无需动火,无需专用工具,快捷方便,可最大限度的缩短维修停电时间。

- 便于维护:只粘合自身,容易与被缠绕物剥离,便于测试或修理及再次密封绝缘,维护成本低。

3、硅橡胶自融带的技术指标

项目

要求值

测试方法

外观

表面平整光滑、清洁

目测

尺寸

0.8×50×5000mm

厚度计、直尺

扯断强度,Mpa

4.9

GB/T 528-1998

扯断伸长率,%

250

300℃×48h

扯断强度,Mpa

2.45

GB/T 3512-2001

GB/T 528-1998

扯断伸长率,%

100

体积电阻率,Ω·cm

1×1014

GB/T 1692-1992

击穿强度,kV/mm

28

GB/T 1695-1981

自粘性

层与层之间无分层线。

自粘带在伸长率为40±5%的状态下,完全重叠缠绕在直径为810mm金属芯棒上,在25±5℃下保持48h或在150℃下加热3h后,用刀片割。

针孔扩展

在针孔的部位,不应有裂纹破裂

自粘带在伸长率为40±5%的状态下,完全重叠缠绕在尺寸为6mm×24mm(截面)的金属(铜)板块上,用直径为1mm的针,成45°角扎透,在25±5℃下保持48h或在150℃下加热3h

贮存保质期

15年以上

 

密度,g/cm3  

1.22

GB/T 533-1991

耐寒系数(伸长率为100%、温度为-50)

0.05

GB/T 6035-1985

介质损耗角正切(50Hz、场强为1kV/mm

0.02

GB/T 1693-1981

对金属腐蚀

达到A级无腐蚀

HB   5477-91

4、产品性能检测:

目前已经通过上海电缆所的检测。

5、使用工艺说明:

- 使用部位应洁净,无水、无杂质、无油污等。

- 将胶带的塑料膜撕开,并将胶带拉伸至60%50mm宽拉伸至30mm宽)开始缠绕。

- 根据电压等级采用不同的缠绕厚度,例10kV采用1/2搭接缠绕;35kV采用2/3搭接缠绕。

- 缠绕结束时,胶带拉伸减小至80%,结尾处的工艺处理应使用嵌压工艺,按压确保胶带尾部粘牢。

- 缠绕过程中保持胶带表面清洁,用手旋捏轻施压力,自融效果更佳。

四、应用实例

1、20054月,辐射交联型硅橡胶自融带首次在北京海淀供电局西山110kV变电站的110kV室内汇流母线的绝缘防护工程应用,因西山110kV变电站停电时间短,施工任务紧,短时间内使用传统的绝缘材料进行绝缘防护工作已不可能保证顺利送电,采用硅橡胶自粘带进行汇流母线的绝缘防护工作,省略了原有的需拆装柜内母线排螺丝再组套绝缘套管的工序,只用了不到4个小时就顺利将汇流母线及其它分支母线缠绕完毕,大大缩短了原计划停电时间,该变电站得以提前送电。此后,辐射交联型硅橡胶自粘带成为海淀供电局变电工区常备的抢修与维护用材料。

2、20056月北京通州供电局西门变电站运行过程中发现部分手车柜有闪烙现象。由于手车柜内需要进行绝缘防护的部位结构复杂、绝缘防护困难。以前更多的办法是采用含胶的各种高压绝缘胶带进行绝缘防护工作,可是经过一段时间的运行经常发现由于载流量过大,柜内温度增高,含胶的胶带在遇到有高温的情况下会自动脱落、散开,落在相间反而造成相间距不足,是运行过程中的危险点。此次通州西门变电站手车柜的绝缘防护工作采用了辐射交联型硅橡胶自粘带进行缠绕处理,由于辐射交联型硅橡胶自粘带硅氧烷聚合物为基材制造的弹性自粘材料,自融性良好且不含胶,耐高温冲击可达300℃,所以能顺利的解决了原有的传统绝缘防护造成的二次隐患。

3、20086月,辐射交联型硅橡胶自融带等绝缘、防水系列胶带作为奥运会指定备用胶带,为2008奥运会供电应急抢修必备品,北京奥运保供电全过程使用了由中科应化提供的辐射交联型硅橡胶自融带,在保障奥运场馆安全供电、应急抢修过程中彰显优越。

4、20095月,在北京供电局城区局北城110kV站户外主变35kV出线到穿墙套管前全部应用硅橡胶自融带,取得很好的效果;另在天津局安华里35kV站户内母线绝缘防护应用实例,效果同样很好。

辐射交联型硅橡胶自融带经过5个年头100%工厂应用试验,其优良性能获得了用户的高度评价,为产品技术推广和应用积累了可贵的运行经验。辐射交联型硅橡胶自融带无论在物理性能、化学性能和电气性能等方面都超过了传统绝缘材料,是一种技术性能指标过硬的产品;无需加热、无需动火,无需专用工具,快捷方便的施工工艺对于提高工作效率、缩短维修停电时间、降低工人劳动强度等方面的优势是传统绝缘材料无可比拟的,是电气设备绝缘密封防护技术发展的必然趋势。

五、结论

辐射硫化电绝缘耐热自粘带通过在航空航天领域七年多的应用——特别是在空军战斗机引擎部位成功的应用经验,为电力设备绝缘密封防护新技术转化研究及成果应用打下良好的基础;辐射交联型硅橡胶作为中科院研制的高科技研究成果,其优技术良性能已远远超越了硅橡胶材料本身,从北京、天津地区部分电力系统的应用效果看,成功使用“军转民” 的辐射交联型硅橡胶自融带,解决了带电裸露部分,尤其是接口等特殊形状部位的绝缘密封防护难题,是降低变、配电设备运行安全隐患的有效、方便、快捷的方式(附:北京电力公司变电公司检修处的使用效果证明)。相信辐射交联型硅橡胶自粘带的优良的性能、简单快捷的安装方式、广泛的应用领域等优越性和独特性将谱写变、配电设备的绝缘密封防护技术新的篇章。

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