陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置

孔繁力，贾红宝，贾 俊，许 静，李 超，王 春

（1.东北电力设计院，长春 130021；2.江苏振光电力设备制造有限公司，江苏 镇江 212121）

陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置，是采用固体材料的电绝缘陶瓷或玻璃为绝缘介质，将导线、母线、电气设备封闭在陶瓷或玻璃绝缘介质中。陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置采用固体材料的陶瓷或玻璃为绝缘介质，而陶瓷与玻璃的电绝缘性能优于空气和SF6气体，使每个间隔电器设备安放尺寸缩小，所以陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置的相间隔尺寸仅为AIS（空气绝缘组合电器）配电装置的12.5%或GIS（SF6绝缘封闭式组合电器）配电装置的30.0%左右，比GIS配电装置占地更省、造价更低；运行维护比AIS或GIS配电装置更简单、更可靠、寿命周期更长久；是一种无毒无害环保型、模块式配电装置。

另外，从环保角度出发，若取CO2的地球温暖化系数为1，那么SF6则为23 900；CO2在大气中的寿命仅为50～200年，而SF6约为3 200年。《联合国气候变化框架公约京都议定书》规定SF6气体为温室气体之一，在2030年后将禁止使用。目前，发达国家已经严格控制SF6开关设备的生产条件和气体排放，因此，无论是从节约用地的角度，还是从环境保护的角度，研发陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置以替代采用SF6绝缘的GIS 配电装置都具有极高的价值。

1 陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置结构

陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置是采用固体材料的电绝缘陶瓷或玻璃为绝缘介质，将所有的导线、母线、电气一次设备和电压互感器、电流互感器、避雷器的一次部分（高压部分）紧密封闭在陶瓷或玻璃绝缘介质中，制作成配电装置模块［1］。这与常规的空气绝缘及SF6气体绝缘在材质上有本质区别，而其他部分与常规配电装置一样。陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置采用固体材料的电绝缘陶瓷或玻璃为绝缘介质，由于陶瓷或玻璃的绝缘性能优良，因此每个电气间隔尺寸得以缩小，甚至可以将高压配电装置集成为柜式，其结构见图1。

2 陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置制作工艺

由于陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置是采用固体材料的电绝缘陶瓷或玻璃作为绝缘介质的配电装置，因此与既有的配电装置相比，在制作工艺和安装方法上都需要进行变革，同时要考虑生产、制作和安装的可行性，主要需解决的技术问题是：如何将所有的导线、母线、电气一次设备和电压互感器、电流互感器、避雷器的一次部分（高压部分）均紧密封闭在陶瓷或玻璃绝缘介质中；如何解决陶瓷或玻璃制作的配电装置的封装和连接问题。

2.1 陶瓷绝缘模块配电装置制作工艺

图1 陶瓷或玻璃绝缘模块结构图

低温烧结电绝缘陶瓷粉的配方如下：废玻璃45%，熟矾土25%，茶山泥20%，贵州高岭土5%，三聚磷酸钠5%。三聚磷酸钠中Na5P3O10·6H2O的质量分数大于95%，其他4种原料的化学组成见表1。

将作为原料的废玻璃瓶或废平板玻璃粉碎至直径在1mm 以下，然后与熟矾土粉、茶山泥、贵州高岭土、三聚磷酸钠等一起球磨16～18h，放浆过筛、除铁，并依所采用的成型方法，加入不同的添加剂。如加入电解质溶液（可采用pH 值为10 的NaOH溶液）调制成适合注浆用的浆料，或经喷雾干燥制成适于干压或静压的粉料。按照上述工艺流程，配制浆料，并添加4%的Cr2O3、Fe2O3色剂，调制成适合注浆用的浆料。

将配电间隔导线、母线及各种配电设备外壳在模具中进行预布置。其中，导线、母线采用陶瓷支架和陶瓷托盘进行固定；其他各种配电设备外壳及预埋元件外壳采用陶瓷外壳，并通过陶瓷基座固定在模具中，其透视图见图1。所有电气设备陶瓷外壳均配有接线端子，设备外壳在模具中安装就位后，将间隔导线、母线与接线端子按正确的连接方式进行连接。配电间隔导线、母线及各种配电设备外壳定位及连接经检查合格后，将调制好的浆料注入固定有配电间隔导线、母线及各种配电设备外壳的模具中，在860℃下烧成配电装置成品模块。烧成后进行质量检查，检查合格后进行电气设备组装，将各种配电设备装入各自的外壳中，组装后用低温玻璃进行封装，即完成了陶瓷绝缘配电装置的工厂制作过程。

2.2 玻璃绝缘模块配电装置制作工艺

将配电间隔导线、母线及各种配电设备外壳（玻璃制作）在模具中预布置，布置方法及连接与陶瓷绝缘模块配电装置相同。

配电间隔导线、母线及各种配电设备外壳定位及连接经检查合格后（设备外壳的接线端子与配电间隔导线需要预先连接完毕），预热至600 ℃，同时将玻璃生产线出来的熔融态玻璃液退火至800 ℃，使玻璃进入半液态，然后缓慢倒入模具，并压制成型，制成配电装置模块。半液态玻璃配电装置模块退火冷却后，进行钢化处理。钢化玻璃的耐急冷急热性质较之普通玻璃有3～5倍的提高，一般可承受250 ℃以上的温差变化，可防止热炸裂，再将配电装置外壳进行热浸处理，以防温差变化大时发生自爆。

上述工艺完成后进行质量检查，检查合格后进行电气设备组装，将各种配电设备装入各自的外壳中，组装后用低温玻璃进行封装，即完成了玻璃绝缘配电装置的工厂制作过程。

3 陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置占地及造价分析

3.1 占地分析

由于陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置在体量上远远低于常规配电装置，占地面积仅为AIS配电装置的12.5%或GIS配电装置的30%左右，因此隔离开关需要采取特殊工艺以便减小尺寸，隔离开关动触头和带有陶瓷绝缘块的传动轴浸泡在绝缘油中，从而将隔离开关的高压部分封闭绝缘，外壳采用绝缘陶瓷或玻璃制备。由于油浸式隔离开关的高压部分被封闭绝缘，所以与传统的隔离开关相比，设备尺寸大大减少。陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置不仅占地省，工程造价与GIS配电装置相当；维护、运行等各项指标都远远优于GIS配电装置；而且无毒无害，产品环保。

表1 陶瓷绝缘模块配料 %

3.2 造价分析

由于陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置尚处于研发阶段，准确造价不详，不过，由于陶瓷或玻璃的价格都比较低廉，初步估算，陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置的造价与GIS配电装置价格基本相当。

4 陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置的效果

a.由于电绝缘陶瓷或玻璃具有良好的电绝缘性能，高温下的电绝缘性能尤为突出，每毫米厚度可耐电压32kV 以上（空气在标准状态下每毫米厚度可耐电压3kV），其绝缘性能是空气的10倍，因此，可以大大减少配电间隔尺寸，间隔尺寸仅为AIS配电装置的12.5%或GIS配电装置的30.0%，省地效果极其突出。

b.可以实现多层布线与配电设备一体化设计，可以采用叠层配电装置方案多层叠放［2－3］，进一步减小占地，占地面积可以减少到仅为AIS配电装置的2%以下或GIS配电装置的5%以下。

c.在陶瓷或玻璃绝缘模块制成前后对布线和连接进行质量检查，制成合格后则无需任何维修，并长期保证质量稳定性。

d.内埋置元器件，提高组装密度，实现多功能；按照典型设计实现工厂化批量生产及安装，提高生产率并降低成本；具有机械强度高，耐磨性、耐腐蚀性好，热稳定性、导热性好，原料丰富，价格低，产品环保，无污染等特点。由于玻璃具有透明性，配电装置内部配线结构一目了然，玻璃绝缘模块配电装置更便于运行单位了解及使用。

e.由于陶瓷或玻璃绝缘模块配电装置将高压导线、母线完全封闭绝缘，使得配电装置区不再有高压电的危险，从而彻底保护了运行维护的安全；解除了变电站的高压线电晕放电问题，从而免除了电晕功率损失以及噪声干扰；可以防污秽及外界因素干扰与影响，大大提高了运行安全性，增强环境适应性，提高使用寿命。

［1］ 孔繁力，孔庆东，王春，等，一种陶瓷与玻璃绝缘模块配电装置及其制备工艺：中国，201310081210.3［P］.2013－07－10.

［2］ 孔繁力，刘钢，王春.变电站叠层配电装置：中国，201210459414.1［P］.2013－03－20.

［3］ 孔繁力，刘刚，崔永胜，等.叠层配电装置方案研究［J］.吉林电力，2014，42（4）：9.