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      XLPE高壓電纜終端用硅油性能綜合試驗分析

      2013-02-18 03:25:54夏俊峰徐曉峰仲偉霞孫建生
      電線電纜 2013年4期
      關(guān)鍵詞:油樣酸值硅油

      夏俊峰,徐曉峰,仲偉霞,孫建生,李 闖,李 海

      (1.上海電纜研究所,上海200093;2.上海市電力公司檢修公司,上海200942)

      0 引言

      高壓電纜終端通常借助硅油來增強(qiáng)終端內(nèi)絕緣和界面強(qiáng)度,并使內(nèi)部的應(yīng)力錐部件與外部空氣隔絕[1]。作為液體絕緣填充劑,它的穩(wěn)定性和可靠性對高壓線路系統(tǒng)和電纜終端的安全運行十分重要。

      為分析高壓電纜終端及其組部件的運行情況,提供高壓電纜終端狀態(tài)檢修的標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù),需要對終端用硅油開展研究。通過采用綜合試驗分析手段,對不同型式、不同電壓等級的電纜終端用硅油的原始性能、老化運行特性及故障時的硅油性能進(jìn)行分析研究,找出反映電纜運行狀態(tài)的硅油老化特征,為硅油檢測技術(shù)和判定標(biāo)準(zhǔn)制訂提供依據(jù)。

      1 概述

      硅油具有卓越的耐熱性、電絕緣性、耐候性、疏水性和較小的表面張力,還具有低的粘溫系數(shù),較高的抗壓縮性,有的品種還有耐輻射的性能。

      硅油具有非常好的電性能與熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及阻燃性,所以在電絕緣方面的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。尤其是二甲基硅油,與礦物油類絕緣油相比,具有較高的阻燃性,并且對人體、環(huán)境的安全性非常高;與其他絕緣油相比,低粘度硅油存在熱膨脹系數(shù)大、氣體溶解量大、吸濕性高等缺點,在結(jié)構(gòu)設(shè)計及水分管理上要給予充分的注意[2]。

      為了有效防止終端的內(nèi)部爬電,增大其絕緣強(qiáng)度,套管內(nèi)部需要充入大量的絕緣介質(zhì)。而硅油憑借其高耐熱性、高電絕緣性以及其它優(yōu)良性能,成為良好的絕緣介質(zhì)選擇[3]。

      2 試驗方案

      2.1 硅油樣品的采集

      本研究采集的硅油樣品可分為未使用的原始油樣及運行現(xiàn)場的運行油樣,未使用的原始油樣從主流附件廠商處獲得。電纜終端用硅油的類型較多,包括粘度在內(nèi)的特性有很大不同。若綜合檢測電纜終端硅油的性能變化,就必須保證采集的硅油樣品具有一定的代表性。不僅要選擇有代表性的不同廠家的純油樣品,而且還要從電纜終端運行的年限、工作環(huán)境、電壓等級等角度考慮確定采樣原則,并需保證一定的樣本量。因此,為保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完備性,在設(shè)計方案時考慮的因素涵蓋了附件廠商、終端類型、硅油品牌、電壓等級、運行年限等多個因素。其使用的原始油樣應(yīng)能代表市場上電纜終端用硅油的原始性能。

      運行現(xiàn)場的運行油樣則結(jié)合現(xiàn)場檢修工作,從實際運行的多條電纜輸電線路獲取不同運行年限的油樣。涉及的電纜輸電線路共9條,終端取樣點主要為市區(qū)變電。涵蓋了110 kV和220 kV兩個電壓等級,戶外終端、GIS終端、過渡接頭三種終端類型,運行年限跨度從5年至20年。其中,110 kV線路3條,220 kV線路3條。戶外終端樣品2個,GIS終端樣品6個,過渡接頭樣品1個。

      采樣終端按附件廠商分為1#~4#;其中2#為高粘度硅油,其余為低粘度硅油。樣品信息如圖1和圖2所示。

      圖1 終端類型及比例

      圖2 終端運行年限

      2.2 硅油的性能測試

      對電纜終端的硅油進(jìn)行全面的性能分析,主要從以下幾個方面進(jìn)行了分析。

      (1)酸值

      硅油的酸值是一個重要的指標(biāo),它表示油中含有酸性物質(zhì)的數(shù)量。分析酸值與運行時間及運行環(huán)境的關(guān)系,可以掌握硅油氧化的程度。

      (2)運動粘度

      運動粘度表征液體在重力作用下流動時摩擦力的量度。它與硅油的流動性能、去氣特性等有密切關(guān)系。

      (3)電場析氣性

      絕緣油在受到其強(qiáng)度足以引起在油、氣交界中放電的電場(或電離)作用下,油本身表現(xiàn)出吸收或放出氣體的能力。

      在工頻電場應(yīng)力的作用下,硅油中部分烴分子可能會發(fā)生裂解而產(chǎn)生氣體,這部分氣體的主要成分是氫氣,它以微小氣泡的形態(tài)從油中釋放出來。但由于它是大分子的聚合物,且主鍵為硅-氧鍵,與而碳-碳主鍵的常規(guī)的小分子的絕緣油相比,結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定[4]。

      3 試驗數(shù)據(jù)及分析

      3.1 酸值

      酸值是一個重要的數(shù)據(jù),它表示油中含有酸性物質(zhì)的數(shù)量,一般以中和1 g絕緣油中酸性物質(zhì)所需的氫氧化鉀質(zhì)量(mg)來表示。分析酸值與運行時間及運行環(huán)境的關(guān)系(見圖3),可以掌握硅油氧化的程度。

      圖3 酸值與運行時間的關(guān)系

      從圖3中可以看出,運行過的硅油和未運行的硅油相比,酸值存在顯著增加的情況。對1#硅油,同一電壓等級的運行5年的硅油和新油相比較,酸值有所增加,但變化不大。對2#硅油,運行時間超過10年時,酸值較原始值增大了2~3倍。但其絕對數(shù)值仍較低,最大值為0.018 mgKOH/g。雖然化工標(biāo)準(zhǔn)(HG/T 2366)未對粘度100以上的二甲基硅油提出酸值指標(biāo)要求,但參考低粘度硅油的酸值要求低限(≤0.03 mgKOH/g),以及終端的實際運行時間,上述試驗值仍處在較低水平。

      上述試驗分析可發(fā)現(xiàn)該項指標(biāo)隨時間變化相對敏感,且呈正相關(guān)性。

      3.2 水分

      水分含量與終端的電氣性能密切相關(guān),其變化需重點關(guān)注(見圖4)。

      圖4 水分與運行時間的關(guān)系

      從圖4中可以看出,運行過的硅油和未運行的硅油相比,水分含量均有所增加,且與原始油的技術(shù)要求有較大差距。1#和2#兩種硅油的試驗值相差近一倍。2#硅油水分含量增量較小,10年后試驗值均在較低水平(<70 mg/kg);而1#硅油,水分含量增量較大,5年后的試驗值較初始值增加近60%,遠(yuǎn)超原始油的性能要求。這與不同粘度的硅油特性有直接關(guān)系。此外,2#油樣均在GIS終端提取,密封結(jié)構(gòu)與運行壓力不同也是可能原因之一。

      3.3 電場析氣性

      對于1#和2#硅油,隨運行時間的延長,電場析氣性存在較小的波動,但總體水平較低。例如,運行年限大于5年的1#硅油析氣性指標(biāo)為負(fù)值;2#硅油的析氣性指標(biāo)較為穩(wěn)定,接近于零。

      3.4 界面張力

      界面張力是由表面過渡層分子間引力差而形成的。一般來說,粘度大的硅油分子間引力較大,界面張力也大(見圖5)。

      從圖5可以看出,與前述的酸值和閉口閃點相似,隨著運行時間的延長,1#硅油的界面張力試驗值變小。原因可能是硅油中小分子的活性物質(zhì)(包括水分)含量增加所致。

      4 結(jié)論

      (1)與未使用的空白硅油相比,不同運行年限的硅油各項指標(biāo)均發(fā)生了不同程度的變化。

      圖5 界面張力與運行時間的關(guān)系

      (2)受硅油粘度、終端類型、電壓等級、運行環(huán)境及條件等多種因素的影響,各項指標(biāo)的顯著程度有所不同??紤]樣本量有限,數(shù)據(jù)具有一定的分散性,主要進(jìn)行與時間的單因素分析,未對各因素進(jìn)行聯(lián)合分析。

      (3)硅油的穩(wěn)定性相對較好,這主要歸因于其穩(wěn)定的材質(zhì)?;谠囼灁?shù)據(jù)變化的總體判斷,硅油的總體狀況仍可滿足使用條件。目前,這些進(jìn)行的試驗項目及指標(biāo)總體是適合的,對其中的敏感項目可跟蹤分析。若有個別樣本的指標(biāo)明顯偏離,可重點關(guān)注,并探討將其作為未來判據(jù)的可能性。

      (4)通過對各指標(biāo)的敏感程度分析得知,水分、閃點、酸值等可作為今后跟蹤的主要項目。它們與運行時間均有一定的正/負(fù)相關(guān)性。

      (5)硅油的性狀是動態(tài)變化的,需全面分析電、熱等綜合因素,而這與材料特性、終端結(jié)構(gòu)、安裝工藝等密切相關(guān)。為避免終端異常狀況的發(fā)生,在運行檢修工作中應(yīng)予以綜合考慮。

      [1]韓進(jìn)賢,孫 摯.硅油與礦物油用作變壓器油的性能比較[J].有機(jī)硅材料,2000,14(5):18-19.

      [2]齊 帆,李美江.硅油制備工藝與應(yīng)用[J].化工生產(chǎn)與技術(shù),2009,16(6):37-39.

      [3]《電線電纜手冊》編委會.電線電纜手冊(第2冊)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

      [4]黃文潤.硅油及二次加工制品[M].北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

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