10KVSF6负荷开关技术指标的质量控制

1、10KV、SF6负荷开关技术指标的质量控制10KV 、SF6 负荷开关设备具有安全、易安装、维修少、体积小、价格便宜、安全可靠 等优点。 同时由于负荷开关与限流熔断器配合能更好地保护变压器， 因此在国外已得到普遍 使用。如在工业发达国家（如欧洲、日本） ，断路器与负荷开关之比为 1： 5 6。断路器主 要用于一次配电， 而负荷开关用于二次配电。 在我国随着， 城网建设和改造的不断深入发展， 负荷开关设备在 10KV 配电系统的环网供电和终端送电的应用也越来越多。 这几年相继由广 东、北京、上海、天津逐步向全国推广。但目前，国内 10KV ，SF6 负荷开关的市场主要还 是由国外公司（如 ABB

2、 、施耐徳等）占据，随着国内生产厂家对SF6 负荷开关技术的逐步掌握，国产 SF6 负荷开关的数量和质量已稳步提高。目前我国已经有十几家生产厂家生产着各种不同型号的 SF6 负荷开关。在此以北京龙源 开关设备有限责任公司生产的 SF6 负荷开关为例，对几项关键技术的质量控制问题做一下 介绍。一、氧树脂绝缘壳体的质量控制环氧树脂由于其良好的机械、 绝缘、 耐老化及制造工艺性能， 已成为当今制造优质绝 缘件的首选， 而压力凝胶工艺由于充分发挥了环氧树脂的各项性能优势， 当今国际、 国内各 种品牌 SF6 负荷开关绝缘壳体无不由环氧树脂采用压力凝胶工艺制成。其工艺流程如图所 示：由于开关壳体同时承担

3、了绝缘、气密、机械支撑的功能，使得它结构复杂、机械性能及精度要求都很高，无疑对材料选用、制造工艺过程均提出了严格的要求。材料选用环氧树脂：基础型的环氧树脂 （即大型树脂厂生产的年产量数千吨的环氧树脂） 及固化剂不能直接 用于生产绝缘件，特别是 SF6 开关绝缘壳体所用的环氧树脂及固化剂更是需要经过特殊的 改性处理以提高其机械强度、 韧性及改善其耐冷热冲击性能及加工工艺性能。 不同厂家的改 性技术各有千秋，所以适合不同工作重点的产品要求，而对于 SF6 开关绝缘壳体由于它本 身是一个支撑件， 在开关分、 合过程中受到一定的冲击力， 对环氧树脂的强度提出了较高的 要求；开关壳体里要充装 SF6 气

4、体并保证极低的泄漏率，就对环氧树脂对嵌件的粘结性提 出了较高的要求；近年来， SF6 负荷开关在生产或工作中曾发生过壳体开裂事故，经测试， 开裂壳体所用材料的拉伸强度及抗弯强度并不低， 而代表材料韧性的冲击强度却较低。 可见 SF6 开关绝缘壳体的冲击强度又是各项性能指标中的重中之重。国内生产的 HE2082-HH2082材料特别适合生产 SF6 开关绝缘壳体， 该体系玻璃化温度实测 104，满足某国际知名品牌 要求的 100 110，而且冲击强度达 15KJ/m2,超过一般配方体系 50%，具有极佳的韧性，同时由于其粘结性极佳，生产的开关壳体有极低的漏气率。硅微粉：环氧树脂中加入硅微粉可以提

5、高固化物的耐热性、硬度及尺寸稳定性，并降低了生产成本。 硅微粉由于矿源及生产工艺的不同， 对环氧树脂固化物的各项性能均有很大的影响。 在 生产一般产品时往往把混合料粘度或硅微粉的可加入量当成衡量硅微粉质量的主要指标。 但 作为生产重要绝缘件的配方体系， 把固化物高性能作为衡量硅微粉质量的首选指标。 加入高 质量的硅微粉加入环氧树脂后粘度较高， 使得可加入量偏低， 经分析是硅微粉中针状颗粒含 量较高造成，而这恰恰提高了环氧树脂的机械强度。染色剂：用于环氧树脂的染色剂无怪乎有机染色剂及无机染色剂两大类，有机染色剂对环氧树脂 加固化物电气绝缘性能无明显影响； 而无机染色剂多是以氧化铁为主的金属氧化物

6、， 加入环 氧树脂后会加大固化物的介电损耗， 所以为了保证产品的电气绝缘性能， 配方体系中尽量不 要加入无机染色剂。为了保证电气绝缘性能，电工级硅微粉的 Fe2O3 含量的技术指标要求 为 0.01% 。如果在配方体系中按环氧树脂比加入1.5%的氧化铁红色粉相当于使硅微粉的Fe2O3 含量提高至 0.5%,达到基础含量 50倍，可以想象对电气绝缘性能的负面影响程度很大。嵌件预处理 :为了保证环氧树脂对嵌件的良好粘结,对嵌件良好的预处理也是至关重要的。嵌件的预处理包括喷砂、清洗油污及灰尘 ,精确预热至与模具温度一致并注意不能氧化过度，以免强度 极低的氧化铜影响环氧树脂对嵌件的粘结强度。并保证嵌件

7、在周转过程中不能被二次污染。 环氧树脂对嵌件良好的粘结不但保证了极低的漏气率，同时也使得产品有极低的局部放电 量。放电量在 15KV 时，测得仅为 5PC。后固化、定型、冷却：环氧树脂在常温下的弹性模量很高，如剪切弹性模量达到4000MPa，呈刚性状态；当温度超过玻璃化温度时，其剪切弹性模量只有40MPa ，呈高弹态。在很小的外力下就可以变形，利用这一特性，可以在后固化过程中将SF6 开关绝缘壳体上下壳的对合面放在一个有一定精度的平板上进行定型，完成后固化后，以很低的降温速度（5 /h）对产品进行随炉冷却， 不但有利于保证绝缘壳体上、 下壳对合面有较小的平面度误差， 而且产品各处的内 应力也很

8、低，不至于在以后发生变形或开裂现象。经过这样处理并加以适当的选配，上、下壳之间的对合间隙0.25mm, 这样在上、下壳对锁在一起时由于变形量极小，使得产品的变形内应力极小 ,保证了开关的安全使用，不会产 生开裂漏气现象。二、SF6负荷开关泄漏率的质量控制SF6 负荷开关漏气率一直是各生产厂家和用户关注的焦点。 国外产品充气压力为 0.04MPa的负荷开关 24 小时密封试验，年泄漏率基本在 0.05%年左右，开关使用寿命 30 年。国内 企业生产的 SF6 负荷开关充气压力 0.045MPa ，24 小时密封试验年漏气率比较高，都在 1%0.5% 年左右。是什么原因使国内、国外同类产品的年泄漏

9、率相差如此悬殊？主要原因是国内生产密封 圈的材料和性能比国外生产的性能差， 针对密封圈存在的问题北京龙源开关设备公司在生产 中更改了密封圈的型状和材料， 将上下壳体之间和动配合与壳体之间使用的密封圈改为 “” 型密封圈， 将材质改为软木橡胶。 为了保证橡胶圈的寿命， 做了 100 24 小时的耐热空气 的老化试验，硬度变化为 +2 度。伸长率变化 16%，拉伸强度变化 15% ，还做了耐 25#变压 器油试验 100 24 小时体积变化 2.8%，重量变化 1.1%，硬度变化 3 度，脆性温度 45。试验结果证明：该密封圈的性能可以满足我们的要求。同时也把通气阀和观查窗所使用 三元乙丙的密封圈

10、改为了耐油性和耐高低温性能好的丁睛橡胶。 并且把合模线改到了非密封 表面部位，从而使密封效果大大提高。北京龙源开关设备公司采用“”密封圈后对 SF6 开关的组装工艺进行修改，改变螺栓 紧固顺序；将螺栓的锁紧力确定为 22N/m ；开关进行 100 次“合分”后作密封检验。开关 充气压力为 0.045MPa 放到密封罐内 24 小时，放入前后两次测得基数相等（差值为零） 。这 表明检漏设备精度在 10-7 时不能测出数值， 也就是说泄漏率基本为零， 因此将 24 小时前后 测得增长值规定为零。如果测得 24 小时前后有变化，则认定此产品为不合格，在电力工业 电力设备及仪表质量检验中心（即中国电科

11、院开关试验站） ，做型式试验中测得泄漏气体浓 度的增量 C=0.03 L/L ，封闭罩容积 Vm=2.46M3 ； 试品体积 V1=0.72 M3 ；开关内充气 体积 V=0.029 M3 ；间隔时间 t =86400S； 绝对大气压 P=0.1MPa ； SF6 开关充气压力 Pr=0.045MPa ；F=（C （Vm V1） P）/t Fy=（F31.5106）/（V（Pr+P） 100 。经过计算，相对年泄漏率 Fy=0.045% 年 ,达到国外同类产品的先进水平。三、回路电阻的质量控制国内 SF6 负荷开关技术条件中，一般规定主回路电阻65 ，而国外同类产品 42 。为了缩小 SF6

12、开关的回路电阻值，达到国外同类产品的水平，经过分析后得出结论： 影响回路电阻值存在原因之一是动静触头之间的夹紧力的大小和一致性， 因此经过大量的试 验，确定夹紧力为 160N190N 之间， 对影响触头夹紧力的碟型弹簧进行了筛选， 选择了高质量的碟型弹簧。原因之二是动静触头的 R13 球面接触要保证在整个球面的 85%以上，方 可保证开关主回路电阻值在40 以下。以上两项措施，保证了机械寿命试验前后主回路电阻值的变化在规定值之内。 测试结果见表 （ 1），从而实现了主回路电阻 42的质量标 准。其温升试验裕度很大，仅为规定值的50%左右见表（ 2）。从而使 SF6开关在 +50的环境中能可靠运

13、行。表（ 1）机械稳定性试验前机械稳定性试验后温升试验前温升试验后温升试验前温升试验后量位 测部技术要求A相B相C相A相B相C相测量部位技术要求A相B相C相A相B相C相主回路42384036394141主回路42413841414041表（2）实测温升值K K机械稳定性试验前（环境温度： 28.428.4）机械稳定性试验后（环境温度： 28.328.3）温位号 测部编允许 温升 值K KA A相B B相C C相A A相B B相C C相1 12202352332242372392 2652792652722902982813 3652742632683363112834 465233328329

14、2882412995 5652792782713023322956 6652352572682432592727 7229246249231249256四、电气寿命的质量控制依据 GB3804 90交流高压负荷开关 GB/T11022 1999 高压开关设备和控制设备标准的 共同技术要求，做了型式试验，成功的开断有功负载 630A ， 150 次。在 SF6 负荷开关的开断和关合试验中， （按照要求进行了方式 1 ：“合分”额定有功 负载开断电流 630A，100 次 ；方式 2：“合分”闭环开断电流 630A ，10 次；方式 3： “合分” 5%额定有功负载开断电流 31.5A ，20 次

15、；方式 4：“合分”额定电缆充电 电流开断 10A，20 次；方式 5：关合额定短路关合电流 50KA 峰值， 2 次，接地开关关合额 定短路关合电流 50KA 、峰值， 2次）机械寿命：主回路 5000次；接地回路 2000 次；转移 电流 1700A 。通过型式试验，说明我公司SF6 负荷开关的装配工艺和检验标准是正确可行的。北京龙源开关设备公司在成功的型式试验基础上，对试验产品进行了解剖分析，发现灭 孤栅的材质耐电孤高温性能不是很理想， 20KA 、4S 短时耐受电流过后灭孤栅有些变形。经 过对灭孤栅的原材料进行了更新，选择了可在高温下正常工作的高性能绝缘材料聚酰亚胺。 在通过的负荷开关柜型式试验中，证明聚酰亚胺材料大大提高了灭孤栅的性能，使 SF6 负 荷开关在开断和关合试验时非常顺利的完成，且20KA 、 4S的短时耐受后未发现任何变形。五、SF6开关水分含量控制依据国家标准 GB/