具有纤维增强层的胶浸纸高压套管的制作方法

本发明属于高电压技术领域，具体涉及一种应用于变电站穿墙或者高压电气设备(比如变压器、开关设备等)穿过外壳的胶浸纸高压套管。

背景技术：

在电力系统中，高电压载流导体要穿过地电位的墙或者高压电气设备的外壳一般都要使用高压套管；35kv以上的系统使用的主要是电容型高压套管。

目前的电容型高压套管主要分为两大类：油纸绝缘套管和干式绝缘套管。其中干式绝缘套管按照主绝缘材料的类型及制造工艺的不同又划分为胶粘纸套管、胶浸纸套管、薄膜绝缘套管、玻璃钢套管等，其中胶浸纸高压套管研究较早、性能较好、用量较大、电压等级最高。

胶浸纸套管是将绝缘纸与铝箔交替缠绕成电容芯子，然后真空干燥、真空压力浸胶，最后加热固化成型。为了使胶液能够充分浸透绝缘纸，目前生产的胶浸纸套管一般采用孔隙率较高的皱纹纸，并且缠绕的皱纹纸不能太紧密，必须疏松。采用此类工艺生产的胶浸纸套管电气性能良好，可以应用于超高压、特高压电压等级。

然而，胶浸纸套管也有其自身的结构弱点和明显不足。由于皱纹纸孔隙率高，缠绕又比较疏松，因此成品中纤维含量相对较低，抗机械荷载能力较差。因此，胶浸纸高压套管的受力端一般都要在胶浸纸电容芯子的外面套一个承力外壳，这个承力外壳一般是瓷套或玻璃钢绝缘筒。套管组装时，胶浸纸电容芯子与玻璃钢绝缘筒之间会有一个缝隙，这个缝隙必须用绝缘材料填充起来才能满足电气性能要求。绝缘填充物常用的有硅凝胶、发泡环氧树脂胶、硅脂、专用填充绝缘膏等。这些不同的绝缘填充物的热膨胀系数与胶浸纸电容芯子以及玻璃钢筒的热膨胀系数不同，有的甚至相差很大，因此长期使用过程中容易因为热胀冷缩造成绝缘故障。综合国内外报道的故障类型主要有两种，一种是因热胀冷缩导致密封失效，绝缘受潮；另一种是固化的填充绝缘物因热胀系数不同而与玻璃钢绝缘筒剥离形成空隙，引起局部放电。这两种类型的问题最终都会导致套管内部绝缘击穿引起故障停电，严重的会引起套管爆炸。

技术实现要素：

本发明的目的是要克服现有技术的不足，提供一种具有纤维增强层的胶浸纸高压套管，充分利用胶浸纸电容芯子电气性能优良的长处，克服其抗机械荷载能力弱的不足，在胶浸纸电容芯子外直接缠绕浸渍绝缘树脂的纤维增强层，浸渍纤维增强层的绝缘树脂与胶浸纸电容芯子的绝缘树脂同为环氧-酸酐体系，纤维增强层缠绕完成并高温固化后与胶浸纸电容芯子完全结合成为一个整体。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种具有纤维增强层的胶浸纸高压套管，包括胶浸纸电容芯子，其特征在于：胶浸纸电容芯子外直接缠绕浸渍绝缘树脂的纤维增强层，纤维增强层所用纤维为绝缘纤维并由绝缘树脂浸渍，浸渍纤维增强层的绝缘树脂与胶浸纸电容芯子的绝缘树脂同为环氧-酸酐体系，纤维增强层缠绕完成并高温固化后与胶浸纸电容芯子成为一个整体。

进一步的，对于主要受力在一端的高压套管(比如变压器套管)，纤维增强层缠绕在胶浸纸电容芯子的一端。

进一步的，对于两端都承受较大力矩的套管(比如穿墙套管)，纤维增强层缠绕在胶浸纸电容芯子的整个长度上。

进一步的，本发明的纤维增强层所用纤维为玻璃纤维，其形态为玻璃纤维无捻纱。

进一步的，本发明的纤维增强层所用纤维为玻璃纤维，其形态为玻璃纤维纺织布或/和玻璃纤维无纺布。

进一步的，本发明的纤维增强层所用纤维为玻璃纤维，其形态为玻璃纤维毡。

进一步的，本发明的纤维增强层所用纤维为化学合成纤维，其形态为合成纤维无捻纱。

进一步的，本发明的纤维增强层所用纤维为化学合成纤维，其形态为合成纤维纺织布或/和合成纤维无纺布。

进一步的，本发明的纤维增强层所用纤维为化学合成纤维，其形态为合成纤维毡。

本发明的化学合成纤维，优选但不限于为涤纶纤维或丙纶纤维或芳纶纤维等。

本发明的纤维增强层所用纤维的形态为无捻纱、纺织布或无纺布、绝缘毡等，所有这些材料耐热等级均需达到100℃或以上。

本发明在制作时，首先配制好环氧-酸酐体系的绝缘树脂，将胶浸纸电容芯子的外表面用砂纸打磨毛糙，擦拭干净，放置到缠绕机上。在胶浸纸电容芯子的表面涂上薄薄一层绝缘树脂，胶浸纸电容芯子旋转，绝缘纤维经过一个浸胶槽蘸取绝缘树脂之后直接缠绕到胶浸纸电容芯子上，往复缠绕多层直到设计厚度，之后，在缠绕机上预固化至表干不流胶，然后放置到固化炉进行完整固化。固化完成后，对制品表面按照设计要求进行机械加工，形成具有一定壁厚、与胶浸纸电容芯子完全结合在一起的纤维增强层，然后在纤维增强层上粘接或整体模压硅橡胶伞裙并安装法兰等配件，就制作好了一个具有纤维增强层的胶浸纸高压套管。

本发明与现有技术方案相比具有以下优点：

纤维增强层与胶浸纸电容芯子采用相同或相近的绝缘树脂，同为环氧-酸酐体系，热膨胀系数相同或相近，二者紧密结合，其间不需要任何填充绝缘物，杜绝了因填充绝缘物热胀冷缩引起的胶浸纸高压套管绝缘失效，提高了干式高压套管的可靠性；同时，去除了填充绝缘层以后套管整体直径减小，可以节省硅橡胶伞裙、法兰等的材料成本，再考虑去除填充绝缘物本身的成本以及密封附加成本，本发明比现有技术方案能够降低胶浸纸高压套管的制造成本。

附图说明

图1为现有技术胶浸纸套管的结构示意图；

图2为本发明一端受力情况下的结构示意图；

图3为本发明两端受力情况下的结构示意图；

图中：1.胶浸纸电容芯子；2.玻璃钢绝缘筒；3.填充绝缘物；4.硅橡胶伞裙；5.法兰；11.胶浸纸电容芯子；12.纤维增强层；13.硅橡胶伞裙；14.法兰。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示:现有技术的胶浸纸套管组装时，胶浸纸电容芯子1与玻璃钢绝缘筒2之间会有一个缝隙，这个缝隙必须用绝缘材料填充起来才能满足电气性能要求。绝缘填充物3常用的有硅凝胶、发泡环氧树脂胶、硅脂、专用填充绝缘膏等。这些不同的绝缘填充物的热膨胀系数与胶浸纸电容芯子1以及玻璃钢筒2的热膨胀系数不同，有的甚至相差很大，因此长期使用过程中容易因为热胀冷缩造成绝缘故障。

如图2所示：对于主要受力在一端的高压套管(比如变压器套管)，纤维增强层12只需缠绕在胶浸纸电容芯子11的一端即可。

如图3所示：对于两端都承受较大力矩的套管(比如穿墙套管)，纤维增强层12需要缠绕在胶浸纸电容芯子11的整个长度上。

下面以制作一支110kv的穿墙套管为例详述本发明的具体实施方式。

如图3所示：使用涤纶纤维作为纤维增强层12的绝缘纤维，其具体形态为涤纶纤维无捻纱，纱线宽度20mm，厚度0.5mm。

首先需准备一支110kv的胶浸纸电容芯子11，并配制好环氧-酸酐体系的绝缘树脂，将胶浸纸电容芯子11的外表面用砂纸打磨毛糙，擦拭干净，放置到缠绕机上。在胶浸纸电容芯子11的表面涂上薄薄一层绝缘树脂，启动缠绕机，胶浸纸电容芯子11旋转，涤纶纤维无捻纱经过一个浸胶槽蘸取绝缘树脂之后直接缠绕到胶浸纸电容芯子11上，从胶浸纸电容芯子11的一端缠绕到另一端，往复缠绕，用外径卡规测量直径并计算缠绕的厚度，一直达到设计厚度10mm。之后，在缠绕机上100℃加热预固化至表干不流胶(约1小时)，然后放置到固化炉按照100℃(1h)--125℃(2h)--150℃(4h)的程序进行完全固化。固化完成并冷却后，对制品表面用车床进行切削加工，保证纤维增强层12的厚度为8mm-8.5mm；安装法兰14；然后粘接硅橡胶伞裙13，每端23个伞裙，户内端和户外端干弧距离均为1020mm，户外端爬距4020mm，户内端爬距3300mm。最后安装套管两端头的电晕屏蔽帽、接线端子等配件，一支具有纤维增强层的110kv胶浸纸高压穿墙套管制作完成。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。