陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置

孔繁力，賈紅寶，賈 俊，許 靜，李 超，王 春

（1.東北電力設(shè)計(jì)院，長春 130021；2.江蘇振光電力設(shè)備制造有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212121）

陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置，是采用固體材料的電絕緣陶瓷或玻璃為絕緣介質(zhì)，將導(dǎo)線、母線、電氣設(shè)備封閉在陶瓷或玻璃絕緣介質(zhì)中。陶瓷與玻璃絕緣模塊配電裝置采用固體材料的陶瓷或玻璃為絕緣介質(zhì)，而陶瓷與玻璃的電絕緣性能優(yōu)于空氣和SF6氣體，使每個(gè)間隔電器設(shè)備安放尺寸縮小，所以陶瓷與玻璃絕緣模塊配電裝置的相間隔尺寸僅為AIS（空氣絕緣組合電器）配電裝置的12.5%或GIS（SF6絕緣封閉式組合電器）配電裝置的30.0%左右，比GIS配電裝置占地更省、造價(jià)更低；運(yùn)行維護(hù)比AIS或GIS配電裝置更簡單、更可靠、壽命周期更長久；是一種無毒無害環(huán)保型、模塊式配電裝置。

另外，從環(huán)保角度出發(fā)，若取CO2的地球溫暖化系數(shù)為1，那么SF6則為23 900；CO2在大氣中的壽命僅為50～200年，而SF6約為3 200年。《聯(lián)合國氣候變化框架公約京都議定書》規(guī)定SF6氣體為溫室氣體之一，在2030年后將禁止使用。目前，發(fā)達(dá)國家已經(jīng)嚴(yán)格控制SF6開關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)條件和氣體排放，因此，無論是從節(jié)約用地的角度，還是從環(huán)境保護(hù)的角度，研發(fā)陶瓷與玻璃絕緣模塊配電裝置以替代采用SF6絕緣的GIS 配電裝置都具有極高的價(jià)值。

1 陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置結(jié)構(gòu)

陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置是采用固體材料的電絕緣陶瓷或玻璃為絕緣介質(zhì)，將所有的導(dǎo)線、母線、電氣一次設(shè)備和電壓互感器、電流互感器、避雷器的一次部分（高壓部分）緊密封閉在陶瓷或玻璃絕緣介質(zhì)中，制作成配電裝置模塊［1］。這與常規(guī)的空氣絕緣及SF6氣體絕緣在材質(zhì)上有本質(zhì)區(qū)別，而其他部分與常規(guī)配電裝置一樣。陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置采用固體材料的電絕緣陶瓷或玻璃為絕緣介質(zhì)，由于陶瓷或玻璃的絕緣性能優(yōu)良，因此每個(gè)電氣間隔尺寸得以縮小，甚至可以將高壓配電裝置集成為柜式，其結(jié)構(gòu)見圖1。

2 陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置制作工藝

由于陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置是采用固體材料的電絕緣陶瓷或玻璃作為絕緣介質(zhì)的配電裝置，因此與既有的配電裝置相比，在制作工藝和安裝方法上都需要進(jìn)行變革，同時(shí)要考慮生產(chǎn)、制作和安裝的可行性，主要需解決的技術(shù)問題是：如何將所有的導(dǎo)線、母線、電氣一次設(shè)備和電壓互感器、電流互感器、避雷器的一次部分（高壓部分）均緊密封閉在陶瓷或玻璃絕緣介質(zhì)中；如何解決陶瓷或玻璃制作的配電裝置的封裝和連接問題。

2.1 陶瓷絕緣模塊配電裝置制作工藝

圖1 陶瓷或玻璃絕緣模塊結(jié)構(gòu)圖

低溫?zé)Y(jié)電絕緣陶瓷粉的配方如下：廢玻璃45%，熟礬土25%，茶山泥20%，貴州高嶺土5%，三聚磷酸鈉5%。三聚磷酸鈉中Na5P3O10·6H2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于95%，其他4種原料的化學(xué)組成見表1。

將作為原料的廢玻璃瓶或廢平板玻璃粉碎至直徑在1mm 以下，然后與熟礬土粉、茶山泥、貴州高嶺土、三聚磷酸鈉等一起球磨16～18h，放漿過篩、除鐵，并依所采用的成型方法，加入不同的添加劑。如加入電解質(zhì)溶液（可采用pH 值為10 的NaOH溶液）調(diào)制成適合注漿用的漿料，或經(jīng)噴霧干燥制成適于干壓或靜壓的粉料。按照上述工藝流程，配制漿料，并添加4%的Cr2O3、Fe2O3色劑，調(diào)制成適合注漿用的漿料。

將配電間隔導(dǎo)線、母線及各種配電設(shè)備外殼在模具中進(jìn)行預(yù)布置。其中，導(dǎo)線、母線采用陶瓷支架和陶瓷托盤進(jìn)行固定；其他各種配電設(shè)備外殼及預(yù)埋元件外殼采用陶瓷外殼，并通過陶瓷基座固定在模具中，其透視圖見圖1。所有電氣設(shè)備陶瓷外殼均配有接線端子，設(shè)備外殼在模具中安裝就位后，將間隔導(dǎo)線、母線與接線端子按正確的連接方式進(jìn)行連接。配電間隔導(dǎo)線、母線及各種配電設(shè)備外殼定位及連接經(jīng)檢查合格后，將調(diào)制好的漿料注入固定有配電間隔導(dǎo)線、母線及各種配電設(shè)備外殼的模具中，在860℃下燒成配電裝置成品模塊。燒成后進(jìn)行質(zhì)量檢查，檢查合格后進(jìn)行電氣設(shè)備組裝，將各種配電設(shè)備裝入各自的外殼中，組裝后用低溫玻璃進(jìn)行封裝，即完成了陶瓷絕緣配電裝置的工廠制作過程。

2.2 玻璃絕緣模塊配電裝置制作工藝

將配電間隔導(dǎo)線、母線及各種配電設(shè)備外殼（玻璃制作）在模具中預(yù)布置，布置方法及連接與陶瓷絕緣模塊配電裝置相同。

配電間隔導(dǎo)線、母線及各種配電設(shè)備外殼定位及連接經(jīng)檢查合格后（設(shè)備外殼的接線端子與配電間隔導(dǎo)線需要預(yù)先連接完畢），預(yù)熱至600 ℃，同時(shí)將玻璃生產(chǎn)線出來的熔融態(tài)玻璃液退火至800 ℃，使玻璃進(jìn)入半液態(tài)，然后緩慢倒入模具，并壓制成型，制成配電裝置模塊。半液態(tài)玻璃配電裝置模塊退火冷卻后，進(jìn)行鋼化處理。鋼化玻璃的耐急冷急熱性質(zhì)較之普通玻璃有3～5倍的提高，一般可承受250 ℃以上的溫差變化，可防止熱炸裂，再將配電裝置外殼進(jìn)行熱浸處理，以防溫差變化大時(shí)發(fā)生自爆。

上述工藝完成后進(jìn)行質(zhì)量檢查，檢查合格后進(jìn)行電氣設(shè)備組裝，將各種配電設(shè)備裝入各自的外殼中，組裝后用低溫玻璃進(jìn)行封裝，即完成了玻璃絕緣配電裝置的工廠制作過程。

3 陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置占地及造價(jià)分析

3.1 占地分析

由于陶瓷與玻璃絕緣模塊配電裝置在體量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常規(guī)配電裝置，占地面積僅為AIS配電裝置的12.5%或GIS配電裝置的30%左右，因此隔離開關(guān)需要采取特殊工藝以便減小尺寸，隔離開關(guān)動(dòng)觸頭和帶有陶瓷絕緣塊的傳動(dòng)軸浸泡在絕緣油中，從而將隔離開關(guān)的高壓部分封閉絕緣，外殼采用絕緣陶瓷或玻璃制備。由于油浸式隔離開關(guān)的高壓部分被封閉絕緣，所以與傳統(tǒng)的隔離開關(guān)相比，設(shè)備尺寸大大減少。陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置不僅占地省，工程造價(jià)與GIS配電裝置相當(dāng)；維護(hù)、運(yùn)行等各項(xiàng)指標(biāo)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于GIS配電裝置；而且無毒無害，產(chǎn)品環(huán)保。

表1 陶瓷絕緣模塊配料 %

3.2 造價(jià)分析

由于陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置尚處于研發(fā)階段，準(zhǔn)確造價(jià)不詳，不過，由于陶瓷或玻璃的價(jià)格都比較低廉，初步估算，陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置的造價(jià)與GIS配電裝置價(jià)格基本相當(dāng)。

4 陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置的效果

a.由于電絕緣陶瓷或玻璃具有良好的電絕緣性能，高溫下的電絕緣性能尤為突出，每毫米厚度可耐電壓32kV 以上（空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下每毫米厚度可耐電壓3kV），其絕緣性能是空氣的10倍，因此，可以大大減少配電間隔尺寸，間隔尺寸僅為AIS配電裝置的12.5%或GIS配電裝置的30.0%，省地效果極其突出。

b.可以實(shí)現(xiàn)多層布線與配電設(shè)備一體化設(shè)計(jì)，可以采用疊層配電裝置方案多層疊放［2－3］，進(jìn)一步減小占地，占地面積可以減少到僅為AIS配電裝置的2%以下或GIS配電裝置的5%以下。

c.在陶瓷或玻璃絕緣模塊制成前后對布線和連接進(jìn)行質(zhì)量檢查，制成合格后則無需任何維修，并長期保證質(zhì)量穩(wěn)定性。

d.內(nèi)埋置元器件，提高組裝密度，實(shí)現(xiàn)多功能；按照典型設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)工廠化批量生產(chǎn)及安裝，提高生產(chǎn)率并降低成本；具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨性、耐腐蝕性好，熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性好，原料豐富，價(jià)格低，產(chǎn)品環(huán)保，無污染等特點(diǎn)。由于玻璃具有透明性，配電裝置內(nèi)部配線結(jié)構(gòu)一目了然，玻璃絕緣模塊配電裝置更便于運(yùn)行單位了解及使用。

e.由于陶瓷或玻璃絕緣模塊配電裝置將高壓導(dǎo)線、母線完全封閉絕緣，使得配電裝置區(qū)不再有高壓電的危險(xiǎn)，從而徹底保護(hù)了運(yùn)行維護(hù)的安全；解除了變電站的高壓線電暈放電問題，從而免除了電暈功率損失以及噪聲干擾；可以防污穢及外界因素干擾與影響，大大提高了運(yùn)行安全性，增強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性，提高使用壽命。

［1］ 孔繁力，孔慶東，王春，等，一種陶瓷與玻璃絕緣模塊配電裝置及其制備工藝：中國，201310081210.3［P］.2013－07－10.

［2］ 孔繁力，劉鋼，王春.變電站疊層配電裝置：中國，201210459414.1［P］.2013－03－20.

［3］ 孔繁力，劉剛，崔永勝，等.疊層配電裝置方案研究［J］.吉林電力，2014，42（4）：9.