一起典型GIS用环氧树脂绝缘子漏气问题分析

一起典型GIS用环氧树脂绝缘子漏气问题分析

毛蓉

西安西电高压开关有限责任公司  陕西西安  710018

摘要：本文介绍了一起典型GIS绝缘子漏气问题，分别从外观检查、X射线分析和玻璃化温度分析等方面详细介绍了分析绝缘子性能的方法，为解决类似问题提供了有力的参考依据。

关键词：裂纹分析、漏气、固化时间

1 引言

环氧树脂绝缘子是一种常见高性能的电气绝缘材料，广泛应用于高压开关设备、电力设备和通信设备等领域。其主要特点包括高耐电压、耐腐蚀、耐热、耐湿、抗震动、抗污染等。环氧树脂绝缘子由环氧树脂、填充物、固化剂等材料组成，通过高温固化反应形成。整个制造工艺复杂，涉及工艺参数较多，需要严格按照每工序工艺要求执行，才能保证最终产品具备可靠质量[1-2]。

本文介绍了一起典型环氧树脂绝缘子裂纹导致金属封闭气体绝缘组合电器（简称GIS）产品漏气问题。分别从外观、X射线和玻璃化温度等方面详细介绍了在工厂化试验条件下，分析绝缘子缺陷的主要方法，为后续出现类似问题提供参考。

2问题概述

某110kV变电站GIS产品，2021年9月出厂，2022年9月现场反馈某间隔充气后气室表压下降较快，经初步检查确定为A相接地绝缘子漏气，更换后产品正常运行。

2.1 外观检查

目视检查问题绝缘子，环氧树脂部分整体颜色均匀，无明显缺肉多肉、裂纹或杂质等缺陷。采用着色法进一步检查绝缘件裂纹，即用黑色油性记号笔涂色，等待30s左右，再用有机清洗剂清洗，若表面有黑色印记，则可能存在裂纹或划伤。检查时要着重检查密封槽、环氧部分和螺栓孔。见图1.

图1 外观检查

由图1可知，密封槽内有两种明显痕迹，一种为内侧根部锯齿状痕迹沿圆周方向扩展；另一种为光滑痕迹，沿半径方向扩展；并且密封槽底部局部没有釉面光泽。环氧树脂整体颜色均匀，无明显杂质。嵌件基本光滑，目视可见加工痕迹。螺栓孔干净，无摩擦痕迹。

通过检查绝缘子外观，可以发现：螺栓孔内干净，无摩擦痕迹，说明装配过程中螺钉与绝缘子没有明显摩擦，绝缘子漏气不是装配外力造成的；绝缘子密封槽内有多种缺陷，可能是造成漏气的主要原因。

2.2 X射线分析

微小裂纹是绝缘子制造过程中可能出现的一种先天缺陷，也是导致绝缘件产生楔形气隙放电的主要原因之一。X射线探伤可以检测盘式绝缘子内部是否存在微小裂纹，证明零部件质量是否可靠。图2可知问题绝缘子隐约可见裂纹。

图2  X射线照片

2.3  玻璃化温度试验

玻璃化转变温度主要用于验证绝缘子固化和时效工艺是否符合要求，一般要求100~115℃。通过试验可以发现，问题绝缘子玻璃化温度为89.73℃不符合要求。

图3  玻璃化温度照片

2.4 观察裂纹

为进一步确认绝缘子漏气原因，对其进行破坏研究裂纹深度，见图4。可以看出，绝缘子的两类裂纹，深度都＜0.5mm，均为浅表缺陷。裂纹本身不会造成漏气。

图4  绝缘子破坏后裂纹照片

3总结分析

通过上述分析，绝缘子漏气问题可能产生的原因是：

①问题绝缘子生产时，工艺控制不合理，固化时间不足，使得浇注后个别绝缘子“偏软”。脱模时，在外力作用下，绝缘子沿密封槽内沿出现微小裂纹，X射线检测后未认真仔细观察导致不合格品出厂。

②脱模后，绝缘子表面可能存在部分杂质或其他缺陷，操作者打磨不当，对密封槽造成了损伤，有沿圆周方向划痕，也有沿半径方向划痕。沿圆周方向裂纹或划痕与O形圈密封作用方向相同，漏气风险较小；而沿半径方向划痕与O形圈密封作用方向垂直，大大增加了漏气风险。

③由于裂纹和划痕尺寸较小且用肉眼不易发现，外观检查无异常后，问题绝缘子均装配到产品上。产品刚完成装配时，密封性能最好，故在出厂检漏试验时，未发现异常。随产品存栈后，气室内长时间带0.05MPa气压，O形圈密封性能仍能阻止沿半径方向划痕漏气。2022年9月产品完成现场装配后，气室气压由0.05MPa升压至0.5MPa，气室压力陡增，缺陷被不断放大，使SF6气体沿半径方向划痕在达到临界峰值时冲破O形圈的密封，最终导致漏气。可见生产工艺控制对零部件质量起着决定性作用。

参考文献

[1]黎斌.SF6高压电器设计[M].北京:机械工业出版社,2019:49.

[3]崔忠圻.金属学与热处理[M].北京:机械工业出版社,2010:133.