GIS盆式绝缘子制作工艺及残余应力
中国南方电网有限责任公司220kVGIS用盆式绝缘子及绝缘拉
中国南方电网有限责任公司220kV GIS用盆式绝缘子及绝缘拉杆专项抽检方案1 目的为确保中国南方电网有限责任公司（以下简称“公司”）采购的220kV GIS质量满足相关标准、采购合同等的要求，特制订本方案，以对220kV GIS用盆式绝缘子、绝缘拉杆进行专项抽检。
2 抽检对象本方案针对220kV GIS用盆式绝缘子、绝缘拉杆，包括单相不通孔式盆式绝缘子、单相通孔式盆式绝缘子、三相不通孔式盆式绝缘子、三相通孔式盆式绝缘子、断路器用绝缘拉杆和隔离开关用绝缘拉杆。
3 试验项目表1 GIS用盆式绝缘子、绝缘拉杆专项抽检项目4 试验方法4.1外观与尺寸检查绝缘子的外观和外形尺寸、安装尺寸应符合以下条款的要求。
通常外观可采用目视检查，外形尺寸和安装尺寸应采用测量工具检查。
（a）外观质量要求单件产品表面的颜色应均匀。
绝缘子表面应平整光滑。
绝缘子中具有导电功能的零部件除要满足导电的要求外，导电表面不应有电镀缺陷、锈蚀、油污、环氧树脂等残留物，且应采取防护措施。
绝缘子表面不得有裂纹。
如出现气孔、杂质、收缩痕迹、划痕、磕碰等缺陷，应符合附录A的要求。
绝缘子的表面粗糙度应符合表2的规定。
表2 绝缘子的表面粗糙度（b）尺寸检查尺寸检查应按图样的规定进行检查，图样上未注尺寸公差的极限偏差按表3检查。
形状和位置公差，按产品图样进行检查。
表3 极限偏差检查单位：mm旨在检查绝缘本体的状态，方法为在擦拭干净的待检处喷涂着色剂，停留时间不小于着色剂技术要求规定的时间，用清洗剂把被检测绝缘子表面擦拭干净，去除工件表面的灰尘等污物，检查绝缘本体表面着色状态，着色后表面应无红色物质残留。
4.2耐压试验4.2.1 工频耐压试验单个绝缘子、绝缘拉杆在气体介质中（最低功能压力时）应能承受表4所规定的绝缘试验电压。
试验中的绝缘子两端电极尽量与实际装配一致。
试验应该按GB/T 16927.1承受短时工频耐受电压试验。
对每一试验条件，应该把试验电压升到试验值维持1min。
盆式绝缘子的优化设计
件电气性能和机械性能的可靠性。
１ 盆式绝缘子的结构分析
１．１ 电气性能分析 ＧＩＳ中的绝缘件在进 行 结 构 设 计 时， 重 点 考 虑 电 场 分
收 稿 日 期 ：２０１８－１２－１０
１ ０４
电气工艺 电工技术
图１标示的是盆式绝缘子几个重要位置的电场，绝缘 件内的嵌件通常是电场集中处，冲击电压通常不会由此引 起绝缘破坏，应关心的是在工作电压下的绝缘可靠性，所 以 Ｅ２ 和 Ｅ５ 是局放电压下的场强。由于不同 ＳＦ６ 气 压 下 的 盆式绝缘子各部位场强设计基准值不用，因此本文的气压 设 计 要 求 为 ０．５ＭＰａ， 设 计 基 准 见 表 １。
布的均匀性、受尺寸与形状影响的电极耐受最大冲击场强 能力，以及绝缘件表面场强、绝缘件内部工作场强和支撑 绝缘件的壳体表面场强。本文采用 Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ仿真软件 来 进行电场分析。
以６５０ｋＶ 盆式 绝 缘 子 为 分 析 对 象， 根 据 已 知 设 计 要 求，建立 ３Ｄ 模 型， 仿 真 模 型 如 图 １ 所 示。 盆 式 绝 缘 子 的 电场分析需考虑实际使用情况，铝法兰与壳体连接，环氧 树脂内部嵌件与屏蔽罩连接，单相加载雷电冲击耐受电压 ７１５ｋＶ（取峰值），其余 两 相 接 地， 法 兰 与 壳 体 接 地， 环 氧 树脂内部的屏蔽环也接地。
ｃｉｒｃｕｌａｒ ａｒｃ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｍｏｄｅｌ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ａｌｌ ｆａｃｔｏｒ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｉｎ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．
GIS设备盆式绝缘子击穿故障原因分析及处理探讨
1工程概述某电站安装4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组，单机容量（发电工况）300MW，总装机容量1200MW，以一回500kV 电压等级并入电网。
担负电网的调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用等任务。
电站枢纽建筑物包括上库、下库、引水系统、厂房洞室群及500kV 地面开关站与副厂房等。
电站500kV GIS 由地下和地上两部分组成，以两回500kV 交联聚乙烯高压电缆连接，所用500kV 干式电缆终端为国内首次使用。
地上GIS 以一回出线与出线平台设备相连，预留一回出线。
GIS 设备包括管母线、断路器、隔离刀闸、接地刀闸、快速接地刀闸、避雷器、电容式电压互感器、出线SF 6-空气套管等。
设备型号为ZF15－550，额定电压550kV，额定电流4000A，是国内首套应用于抽水蓄能电站的GIS 设备。
2设备技术参数设备型号：ZF15-550额定电压：550kV 额定频率：50Hz 额定电流：4000A额定短时耐受电流(有效值)：63kA 额定短路持续时间：3s 额定峰值耐受电流：171kA SF 6年漏气率：小于0.5%断路器气室SF 6气体额定压力：0.60MPa 其他气室SF 6气体额定压力：0.4MPa3故障过程该电站GIS 设备于2009年4月30日14：16开始带电试运行，未带负载，5月1日下午19：34分，1号/2号主变间隔50013隔离开关B 相气室内部发生对地放电故障，查得放电短路电流约15kA，故障发生后，我厂500kV 短线保护未动作，140ms 后线路对侧开关跳闸。
故障后现场检查有明显漏气声。
故障140ms 后对侧变电站接地距离二段动作切除故障。
经过现场检查发现，故障发生后该电站短线差动保护A、B 套均未动作，控制面板上无任何动作信号及报警信号，主变A、B 套复压过流保护、主变零序Ⅰ、Ⅱ段保护启动报警灯亮，无出口信号。
5月2日晚，厂家技术人员赶到现场并对故障部位进行解体检查，发现气室内有大量的粉尘和分第39卷第3期水电站机电技术Vol.39No.32016年03月Mechanical &Electrical Technique of Hydropower StationMar.2016收稿日期：2015-12-16作者简介：刘平（1976-），男，工程师，从事机电设备运行与检修业务管理工作。
252kV GIS用盆式绝缘子的设计及应用
252kV GIS用盆式绝缘子的设计及应用作者：李永林雷传来源：《科技传播》2014年第07期摘要高压GIS开关设备经常使用盆式绝缘子这样一种绝缘支撑件，它起到将通有高电压电流的金属导电部位与地电位的外壳之间隔离开的绝缘作用。
同时，盆式绝缘子也将承受金属导体自身重量，运动部位的力等负荷。
因此， GIS用盆式绝缘子不但要满足绝缘性能的要求，还要具有良好的力学性能。
本文详细介绍一种252kV GIS盆式绝缘子的设计试验过程，使其最终能够满足产品设计要求。
关键词 252kV；GIS；绝缘子中图分类号TM92 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）112-0058-020引言高压GIS设备中由于需要将通有高电压、大电流的金属导电体部分与地电位隔离开来，往往需要一种使用绝缘材料浇注而成的绝缘支撑件，盆式绝缘子是其中一种重要的绝缘支撑件。
盆式绝缘子的设计一般需要分几个步骤进行，包括绝缘设计、力学设计、通流能力设计等。
当盆式绝缘子均满足三个方面的要求时，才能应用于实际产品之中。
1 绝缘性能设计绝缘性能设计是盆式绝缘子设计首要考虑的，绝缘性能是验证盆式绝缘子的第一步骤。
通常经过有限元计算软件对盆式绝缘子的电场进行反复优化计算，最终设计出电场分布情况均匀满足绝缘标准要的盆式绝缘子。
如图1所示为该盆式绝缘子的电场计算。
介质属性：SF6介电常数：1.0027、绝缘件介电常数：4.95。
边界条件：施加电压：导体和绝缘子上嵌件施加1050kV；外壳赋0电位。
通过计算结果建立各个部位电场对比分析表，可以得出该盆式绝缘子的电场强度分布，可以满足闭锁压力为0.33MPa(20℃表压)时的要求。
电场计算结果见表1电场对比分析表。
图1电场分布图位置最大值(kV/mm) 判据(kV/mm)导体表面23.058 ≤24盆沿面11.901 ≤12接地法兰12.726 ≤14嵌件表面和绝缘件内部2.053 ≤3（运行电压下）表1 电场对比分析2 力学性能设计载荷位置位置最大值（MPa）判据（MPa）凹面加载盆子凹面法兰端凹槽处91.7 ≤65盆子与内电极粘接处16.182 ≤20凸面加载盆子凸面法兰端凹槽处118.9 ≤65盆子与内电极粘接处10.62 ≤20表2 力学计算结果分析表图2盆子整体应力分布和最大值盆式绝缘子在实际应用中会起到隔绝气室和承载导电体的作用，因此要求其需要承受一定载荷力的功能。
550kV GIS用盆式绝缘子的绝缘设计研究
电工电气 (20 8 No. 0)作者简介：黄坤鹏(1981- )，男，工程师，本科，从事GIS 研发工作。
550kV GIS用盆式绝缘子的绝缘设计研究黄坤鹏，朱传运，王小东(河南平高电气股份有限公司，河南 平顶山 467001)摘 要：作为气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中核心元件，盆式绝缘子绝缘设计关系到GIS 整体的绝缘水平。
阐述了盆式绝缘子设计思路，对其结构形式进行了分析，结合电场及制造工艺给出最优形状比，提出了盆式绝缘子设计过程中关键位置电场校验判据，并通过试验验证了所提出校验判据的合理性。
关键词：盆式绝缘子；绝缘设计；雷电冲击电压中图分类号：TM216 文献标识码：A 文章编号：1007-3175(2018)10-0015-04Abstract: The basin-type insulator as the core component in gas-insulated switchgear (GIS), its insulation design affects insulation level of entire GIS.This paper expounded the design thought of basin-type insulator and analyzed its structural style. Combining with the electric field and manufacturing process, this paper gave the optimal shape proportion and proposed the electric field check criterion of the key location in the design process of basin-type insulator. The test verified the rationality of proposed check criterion. Key words: basin-type insulator; insulation design; lightning impulse voltageHUANG Kun-peng, ZHU Chuan-yun, WANG Xiao-dong（Henan Pinggao Electric Co., Ltd, Pingdingshan 6 00 , China ）Insulation Design of Basin-Type Insulator in 550kV Gas-Insulated Switchgear0 引言随着自主化设备扩大应用，国内新的设备厂家逐步参与市场，导致特高压产品市场竞争逐渐加剧，对550kV 电压等级的小型化GIS 技术及成本提出了更高要求[1-2]。
GIS盆式绝缘子制作工艺及残余应力
GIS盆式绝缘子制作工艺及残余应力简介：本文介绍了GIS盆式绝缘子制作工艺以及产生残余应力的原因及危害。
文献调研分析发现GIS盆式绝缘子制作过程中会形成残余应力，残余应力的存在会导致应力集中，破坏材料机械性能，进而产生裂纹以及造成其他安全事故。
关键词：盆式绝缘子制作工艺、残余应力0. 引言1气体绝缘金属封闭开关设备（gas-insulated metal-enclosed switchgear，GIS）具有占地面积小、安装检修方便、运行不受外界不利环境影响、可扩展性强等优点，广泛应用于电力系统中。
盆式绝缘子作为GIS重要部件，起着电气绝缘、隔离气室、支撑导体的作用，其性能直接影响GIS安全稳定运行[1]。
本文简单介绍了盆式绝缘子的制作过程和残余应力产生原因及危害。
1 盆式绝缘子制作工艺盆式绝缘子主要由环氧树脂复合材料和金属嵌件（铝材）组成。
除了金属嵌件由铝制作外，环氧部分由双酚A环氧树脂、氧化铝粉填料和酸酐类固化剂固化制成[2]。
在环氧树脂体系内加入填料，可以解决纯树脂的固化收缩率大等问题，也可以减小固化后树脂的线膨胀系数和提高固化物的导热性。
环氧树脂与氧化铝填料比例影响固化物的机械强度，若在一定范围内增大比例，可有效提高固化物的机械强度。
通过对浇注试样的弯曲强度、冲击强度和拉伸强度进行测试，得到此环氧浇注体系树脂与氧化铝粉填料最佳比例为1∶4。
氧化铝填料的粒径分布与体系固化产物内应力形成相关：易沉淀的大粒子使氧化铝在环氧树脂体系内分布不均，从而会造成体系固化产物的内应力分布不均，导致浇注试样强度的降低。
经过对不同粒径分布的氧化铝填料进行浇注试样测试，得到中位粒径（D50）（当试样的累积粒径分布百分率达到50%所对应的粒径）在20μm并呈正态均匀分布的氧化铝粉效果最佳[3]。
盆式绝缘子的制作工艺过程阐述见下文[3]。
（1）浇注固化前嵌件和模具的处理。
首先对中心嵌件采用喷砂工艺对其表面进行处理，随后将嵌件装入到模具中。
gis盘式绝缘子配方的研究
gis盘式绝缘子配方的研究
GIS盘式绝缘子是高压电力设备中的重要组成部分，其性能直接影响着电力系统的安全稳定运行。
因此，研究GIS盘式绝缘子的配方是非常重要的。
首先，GIS盘式绝缘子的主要材料是硅橡胶，其具有优异的绝缘性能和耐候性能。
硅橡胶的主要成分是硅烷和二氧化硅，其中硅烷是硅橡胶的主要活性成分，二氧化硅则是硅橡胶的填充剂。
因此，研究GIS 盘式绝缘子的配方，需要考虑硅烷和二氧化硅的比例，以及其他添加剂的种类和比例。
其次，GIS盘式绝缘子的配方还需要考虑到其使用环境。
GIS盘式绝缘子通常用于高压电力设备中，其使用环境包括高温、高湿、高压等复杂条件。
因此，GIS盘式绝缘子的配方需要考虑到其在高温、高湿、高压等环境下的耐久性和稳定性。
最后，GIS盘式绝缘子的配方还需要考虑到其生产工艺。
GIS盘式绝缘子的生产工艺包括混合、成型、硫化等多个环节，每个环节都需要考虑到材料的流动性、成型性、硫化性等因素。
因此，GIS盘式绝缘子的配方需要考虑到其在生产工艺中的可操作性和稳定性。
综上所述，GIS盘式绝缘子配方的研究需要考虑到硅烷和二氧化硅的比例、使用环境的耐久性和稳定性、生产工艺的可操作性和稳定性等多个因素。
只有在这些因素的综合考虑下，才能研究出性能优良、稳定可靠的GIS盘式绝缘子配方。
gis盆式绝缘子导热系数
盆式绝缘子是高压组合电器(GIS)设备中的关键组成部分，它主要负责实现中心导体与接地法兰之间的电气隔离。
在材料方面，盆式绝缘子本体一般采用环氧树脂等有机材料，其相对介电常数为5.2。
此外，关于GIS盆式绝缘子的发热情况，研究表明其最热点温度与载流量之间存在一定的关系。
然而，直接获取GIS盆式绝缘子的导热系数的具体数值信息较为困难。
目前，对于GIS盆式绝缘子的研究和设计，通常会通过电热耦合分析流程获取其电热场分布，以及基于有限元法(FEM)的涡流场和谐波场分析方法来计算其发热情况。
这些研究为我们更深入理解GIS盆式绝缘子的工作机制提供了重要参考。
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GIS盆式绝缘子制作工艺及残余应力
简介：本文介绍了GIS盆式绝缘子制作工艺以及产生残余应力的原因及危害。
文献调研分析发现GIS盆式绝缘子制作过程中会形成残余应力，残余应力的存在
会导致应力集中，破坏材料机械性能，进而产生裂纹以及造成其他安全事故。
关键词：盆式绝缘子制作工艺、残余应力
0. 引言1
气体绝缘金属封闭开关设备（gas-insulated metal-enclosed switchgear，GIS）具有占地面积小、安装检修方便、运行不受外界不利环境影响、可扩展性
强等优点，广泛应用于电力系统中。
盆式绝缘子作为GIS重要部件，起着电气绝缘、隔离气室、支撑导体的作用，其性能直接影响GIS安全稳定运行[1]。
本文简
单介绍了盆式绝缘子的制作过程和残余应力产生原因及危害。
1 盆式绝缘子制作工艺
盆式绝缘子主要由环氧树脂复合材料和金属嵌件（铝材）组成。
除了金属嵌
件由铝制作外，环氧部分由双酚A环氧树脂、氧化铝粉填料和酸酐类固化剂固化
制成[2]。
在环氧树脂体系内加入填料，可以解决纯树脂的固化收缩率大等问题，
也可以减小固化后树脂的线膨胀系数和提高固化物的导热性。
环氧树脂与氧化铝
填料比例影响固化物的机械强度，若在一定范围内增大比例，可有效提高固化物
的机械强度。
通过对浇注试样的弯曲强度、冲击强度和拉伸强度进行测试，得到
此环氧浇注体系树脂与氧化铝粉填料最佳比例为1∶4。
氧化铝填料的粒径分布与
体系固化产物内应力形成相关：易沉淀的大粒子使氧化铝在环氧树脂体系内分布
不均，从而会造成体系固化产物的内应力分布不均，导致浇注试样强度的降低。
经过对不同粒径分布的氧化铝填料进行浇注试样测试，得到中位粒径（D50）
（当试样的累积粒径分布百分率达到50%所对应的粒径）在20μm并呈正态均匀
分布的氧化铝粉效果最佳[3]。
盆式绝缘子的制作工艺过程阐述见下文[3]。
（1）浇注固化前嵌件和模具的处理。
首先对中心嵌件采用喷砂工艺对其表
面进行处理，随后将嵌件装入到模具中。
喷砂工艺(使用石英砂、金刚砂等)可以
使嵌件表面具有一定的清洁度和粗糙度，从而大大改善树脂和嵌件之间接触效果。
模具清洁后均匀涂抹脱模剂即可装模，根据材料及模具情况，一般在80°C-
130°C下预烘6小时后即可浇注。
（2）第一次混料及真空脱泡。
第一次混料是双酚A环氧树脂和氧化铝粉填
料在树脂罐，酸酐类固化剂在固化剂罐分别加热熔融实现的。
将加双酚A环氧树
脂和氧化铝粉按1:4比例加热熔融并混合搅拌，混合采用薄膜脱气方式对物料进
行真空脱气处理。
薄膜脱气的方式是真空浇注中常见的脱气方式，首先备料罐的
搅拌桨将混合料螺旋提升到脱气伞页上，伞页上的混合料沿着页面向下流淌，此
时混合料在页面上形成了一层物料薄层，进而利用真空泵将薄层上的气泡吸出。
（3）第二次混料及真空脱泡。
将第一次混料和真空脱泡后的环氧树脂、氧
化铝粉混合料，以及固化剂罐内加热熔融后的固化剂，按照一定配比进行第二次
混料和薄膜脱气形成终混料。
第二次混料时间长达70-80分钟，时间足够长以保
证材料混合均匀。
（4）浇注工艺。
将终混料按1.5–2 kg/min速率浇入模具内。
浇注速率也
需要控制，若速率过快容易产生气泡，速率过慢不仅制约了生产效率同时过长的
混料时间会引起混合料粘度的增加。
（5）固化工艺。
固化过程总体上有持续升温、保温和降温3个主要阶段。
目前常用的环氧浇注固化工艺有单段固化和两段固化两种，最常用的是两段固化。
单段固化一般选取2小时内持续升温至130℃、保温30小时的固化工艺；两段固
化一般选取2小时内持续升温至105℃保温15小时、再升温至155 ℃保温15小
时的固化工艺。
单段固化时固化温度较低，通过延长固化时间来提高固化度，因此，材料固化度偏低，强度偏小。
而两段固化时分两个阶段，第一阶段在低温进行，第二阶段在高温进行，固化度偏高，绝缘子强度大[4]。
2 盆式绝缘子制作过程中的残余应力
盆式绝缘子工艺制造过程中产生可能产生残余应力。
环氧树脂在混有固化剂
后加热固化，经脱模，然后冷却至室温。
在这个过程中会产生内应力，主要可以
归结为以下四个方面：1）固化树脂的体积收缩。
环氧树脂固化时体积收缩率为1%-2%。
一般树脂收缩可分为两种即由液态到固态相变过程中的化学收缩和降温
过程中的物理收缩。
化学收缩是由于固化过程中聚合反应，使分子间范德华力作
用变为共价键作用，引起体积收缩[5]。
2）环氧树脂复合材料与金属嵌件界面之间
不同的热膨胀系数。
在固化冷却过程中由于环氧-金属嵌件界面处材料热膨胀系
数不同，收缩不均匀而产生残余应力[6]。
3）树脂在急剧冷却时本身的粘弹性行为。
绝缘件固化后，内部与表面的温度差而导致相对的压缩或拉伸形变，进而产生分
布不均匀的温度应力[6]。
4）环氧树脂、氧化铝和固化剂混料过程中搅拌不均。
5）物料大粒子沉淀。
若材料中粒子粒径过大，则易沉淀，从而会造成体系固化产物
的内应力分布不均[3]。
盆式绝缘子运行时残余应力在外在载荷，即电场、应力场和温度场的复合作
用下，会逐渐累积，当超过其可承受的机械强度时，会形成裂纹，易造成绝缘子
开裂，进而发生漏气、局部放电、绝缘烧蚀和闪络等故障。
参考文献
[1] Xie J, Chalmers I D. The Influence of Surface Charge upon Flashover of Particle-contaminated Insulators in under Impulse-voltage Conditions[J]. Journal of Physics D：Applied Physics, 1997,
30(7):1055-1063.
[2] Zhou W J, Zheng Y, Yang S,et al. Detection of intense partial discharge of epoxy insulation in SF6 insulated equipment using
Carbonyl Sulfide[J]. IEEE Transactions on Dielectric and Electrical Insulation, 2016, 23:2942-2948.
[3] 常晓靓, 李思慧. 环氧树脂真空浇注工艺研究[J]. 山东工业技术: 10.
[4] 郭茹. 导热环氧树脂复合材料的制备[D]. 广州: 华南理工大学, 2013.
[5] 崔博源, 王宁华, 王承玉, 等. 特高压气体绝缘金属封闭开关设备用盆式绝缘子的质量控制[J]. 高电压技术,2014,(12):
[6] Exner W, Hein R, Mahrholz T,et al. Impact of nanoparticles on the process-induced distortions of carbon fiber reinforced plastics: An experimental and simulative approach[J]. JOURNAL OF APPLIED POLYMER SCIENCE, 2019,(136):47031.
1通讯作者：戴湘，深圳职业技术学院。