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摘要：本文介绍了一起因接地刀闸绝缘件质量问题引起的HGIS设备气室漏气事件，对气室漏气原因进行分析。阐述了绝缘件生产流程，对绝缘件的浇注固化过程进行详细分析，得出绝缘件漏气的根本原因，对于同类型设备的运维具有参考意义。
关键词：绝缘件;环氧树脂;固化
引言
HGIS（SF6封闭式组合电器）设备占地少，运行可靠性高，抗污秽及抗震能力强等优点，广泛应用于500kV变电站中。HGIS设备采用SF6（六氟化硫）气体作为绝缘介质，一旦发生SF6漏气故障就会影响设备绝缘性能，影响电网安全运行。2015年10月17日，公司管辖的某500kV变电站HGIS设备一气室气压低报警，调度对所在间隔紧急停电处置，通过气体检漏确认漏气部位为接地刀闸绝缘件。
1 现场解体检查
现场对绝缘件进行更换处理，把绝缘法兰部件从接地刀闸组件上拆卸后，发现漏气缺陷不在绝缘法兰部件两侧对接的密封环面，O形密封圈亦无缺陷，对接面的金属密封槽和密封面未见异常缺陷；可观察到环形环氧树脂绝缘件两侧、在中心铜导体和外缘铝法兰件之间有一条直的贯穿性裂缝，裂缝跨越密封槽，此即为漏气的通道。如图1所示。
图1 绝缘件贯穿性裂缝图
在拆卸绝缘件过程中，用力矩扳手复核法兰结合面每个M2紧固螺栓的紧固力矩，未发现超出规定力矩70±7Nm范围情况。观察接地铜棒端部一周的接触痕迹、接地绝缘件触头座上的一周20个镀银触指接触痕迹，发现接触痕迹一周情况基本均匀，接触压印面积、色泽末有严重差异。部件未有被撞击或磕碰痕迹。绝缘材料与铝法兰部件之间的缝隙明显，未见粘连。说明设备部件组装工艺合格，外部机械应力不是产生绝缘件贯穿性裂缝的原因。
2 绝缘件生产流程
2.1原材料准备
（1）环氧树脂、填料的烘干、预混、终混，固化剂的烘干，称重配制、准备浇注，并提取一定比例浇注材料样品做性能测试；
（2）铜电极表面清洗、喷砂、清洗、涂胶水（预热、再涂、再预热）；
（3）铝法兰表面清洗；
（4）铝法兰内表面涂脱模剂，中心铜导体、模具等部件及浇道部件的装配。
2.2浇注流程
（1）铜电极、铝法兰、钢圈、模具、浇注部件的预热；
（2）移送至浇注仓、绝缘件在模具中预固化；
（3）拆卸模具，刻编号，预固化、后固化加热及保温；
（4）成品表面修磨、去飞边、清洁。
浇注件成品中环氧树脂材料与内部的铜电极是粘附/固化在一起的，与外围铝法兰之间是分离的，分离的间隙是由脱模剂以及环氧树脂固化过程自然收缩形成的，也是功能设计上要求的。如图2所示。
图2 浇注件成品内部图
3 漏气因素分析
3.1开关站现场拆装接地铜块工作：
在现场电气试验时，需把接地开关绝缘件伸出铝法兰的导体端部两边接地铜块拆除。拆除和恢复过程中有螺栓的松解和紧固作业。规范的作业过程不会对绝缘件造成机械损伤。
3.2环境温度变化对铜件的影响：
现场设备处于室外露天环境，为了确定在运行环境冷热温差大的情况下引起的外接金属导体铜件热胀冷缩尺寸变化是否导致应力传递到绝缘件上，进而对绝缘件造成机械损伤，根据相关参数计算说明如下：
横跨的铜软连接导体为多层薄铜带叠装的软连接导体结构，可以允许有一定的变形。根据计算，即使在极端温度变化范围内导体的尺寸变化非常小（热膨胀尺寸=热膨胀系数*长度*温度变化=0.167*10-4*0.053*65=0.057mm），尺寸变化量完全可以被软连接导体吸收掉，从而不会有因为导体变形产生的应力传递到环氧绝缘件上。因此可以排除冷热环境温度引起的导体尺寸变化导致绝缘件开裂的原因。
3.3机构设计
该型绝缘件在环氧绝缘材料与外绝缘铝件之间存在有工艺设计上要求有的缝隙，是为了把铝件在安装紧固作业过程的受力与绝缘材料做一定的隔离，接地刀闸动作（接地杆运动）时作用到绝缘材料上的力也得到一定的缓冲，间隙还一定程度上补偿金属件尺寸的制造偏差和安装偏差，使绝缘件不受到异常的应力。
因此，并非上述因素导致了漏气缺陷，漏气的根本原因还在于环氧树脂材料本身潜在缺陷。
4 固化工艺分析
环氧树脂本身是热塑性的线型树脂；固化剂是主要的配合材料，它直接或通过催化剂与主体树脂黏料进行反应，使原来的热塑性的线型树脂或活性单体通过固化反应而变成体型的网状结构的高分子聚合物、坚韧的体型固体。固化反应属于化学反应，受固化温度影响很大，温度增高，反应速度加快，凝胶时间变短。对于高温固化体系，固化温度一般分为两阶段：1）在凝胶前采用低温固化（亦称为预固化）；2）在达到凝胶状态或比凝胶状态稍高的状态之后，再高温加热进行后固化。
在原有固化工艺中，部件在110度加热保持4小时后，立即转入150度烘箱。在升温过程中，由于金属的热导率远高于环氧树脂（如表1所示），金属部件尤其是中心铜导体很快升温到150度，其热膨胀变形过程很快结束；相对而言环氧树脂的升温速度很慢，尤其在材料内部，环氧树脂材料表面固化比较快，材料内部固化相对滞后；而烘箱内温度的急剧变化（由110度转到150度烘箱）情况下，还未固化的环氧树脂分子链在空间未及做足够的伸展或调整就与固化剂发生化学反应，形成立体网状固化结构；在完成150度11小时加热完全固化后的冷却过程中，铜导体因热导率高而冷却并完成收缩变形，环氧树脂却相对滞后很多，由于二者之间的固化粘连，铜导体对环氧树脂有机械力的作用。在以上变化过程几个因素的作用下，固化的环氧树脂材料内部容易形成局部过大的机械应力，一时难以释放。但是一旦有外部不利因素的作用和积累，内应力就导致材料大分子结构断裂，材料出现宏观裂缝；部件出现此缺陷有一定的几率。
接地刀闸绝缘件漏气事件因环氧树脂绝缘出现裂缝引起，在厂生产绝缘件期间环氧树脂固化工艺变更前缺少130度2小时的预固化过程、固化温度从110度直接到150度升高幅度过大、加上铜导体与环氧树脂的热导率、热膨胀系数不同，使得环氧树脂材料内部出现过大机械应力，绝缘件整体机械强度降低，在安装、运输和现场工作状态下，局部内应力作用最终导致绝缘件出现宏观裂缝。此为绝缘件出现裂缝的根本原因。
在新的工艺中，增加了130度2小时的加热预固化过程，固化反应环境温度的变化幅度减少，给环氧树脂仍未固化的线性分子链更长的时间得以进行空间趋向调整，总体而言最终形成过大内应力的几率大大减少。之后生产的该型绝缘件质量一直很稳定，合格率也保持在很高水平，应用到后续项目产品中未有异常出现。
5 结束语
变更固化工艺之前浇注的绝缘件存在局部应力集中的潜在缺陷，但目前没有直接的测量技术识别有无潜在缺陷，绝缘件缺陷一旦发展成贯穿性裂缝或通道，气室漏气速度很快。为避免相同或类似风险发生，需对部件全部更换。在更换之前，应严密关注各接地刀闸所在气室气压变化情况，记录气体密度继电器指示值，关注变化趋势。
参考文献:
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[2] 郑烨，谢玖荣，黄海，漆晓.封闭式组合电器典型故障分析及预控措施.电工电气，2015.08(15):55-56
论文作者:闫世军,霍琪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：环氧树脂论文; 导体论文; 法兰论文; 部件论文; 裂缝论文; 应力论文; 材料论文; 《电力设备》2017年第29期论文;