浙赣铁路电气化改造工程是中国第一条按时速200km标准进行电气化改造的干线铁路,也是全国铁路第六次大提速的标志性工程。自南昌—广州局界起,经醴陵、东冲铺和五里墩3站—株洲枢纽止,既有正线53.51km,牵引供电系统采用带回流线的直接供电方式,浙赣线按200km/h速度目标值进行电气化改造采用大容量牵引变压器,标段内原有2个牵引变电所,由于修改设计合并为板杉铺牵引变电所,牵引变电所容量增大了一倍。
1·设计方案
由于牵引变电所供电距离增加了一倍,变电所在运行时母线电流很大,全所母线约为400m,其中长大母线段很多,为了保证运行维护人员的安全,按《铁路电力牵引供电施工规范》和《铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准》,在不降低母线的载流能力前提下要提高母线的绝缘能力,它是确保电气设备能够正常运行的关键。在以往的铁路变配电安装工程中,解决该类问题的方法一般有2种:一种是在母线上热缩绝缘护套,另一种是采用爬电距离较大的绝缘子。在路外电力变(配)电中开始采用有机硅阻燃导热高压绝缘涂料。
2·方案比选
2.1 绝缘子
爬电距离较大的绝缘子尽管可以提高母线的对地放电距离,但是也给施工和设备安装带来了不便,规格较大的绝缘子还会占用其他设备的空间,给设备选型和布置造成不便。
2.2 热缩绝缘护套
采用热缩绝缘护套可以在很大程度上提高母线的绝缘等级,但是由于母线在正常运行时会发热,绝缘护套的散热能力不是很好。试验结果表明,随着母线温度的上升,母线的载流能力会逐渐下降。而变电所母线载流能力的大小将直接影响到整条线路的正常运行。所以,采用热缩绝缘护套在一定程度上降低了所内设备的有效利用率。
2.3有机硅阻燃导热高压绝缘涂料
实践证明无论是采用热缩绝缘护套还是采用爬电距离较大的绝缘子方案,对于合并后板杉铺牵引变电所母线施工都有一定的局限性,受前期房屋土建建设影响,空间不可能改变,因此无法采用爬电距离较大的绝缘子;热缩绝缘护套对于长大母线施工难度也很大,施工中受热不均容易导致热缩绝缘护套破裂,施工成本也比较高。
采用有机硅阻燃导热高压绝缘涂料,既提高母线的绝缘能力,又不降低母线的载流能力。
测试表明绝缘涂料具有以下特性:(1)绝缘涂料高压绝缘,性能优异,能有效地杜绝变电所普遍存在的小动物短路故障和带电裸体造成的人身伤害事故;(2)该涂料导热性能优良,能及时释放设备热量,防止热量积累和温度过高,不易燃,并具有自熄性,阻燃效果显著,达到FV-0级;(3)该涂料附着力强,能消除涂层与设备的空隙,与设备形成一体,可有效防止酸、碱、盐及大气对设备的腐蚀,具有防潮、憎水、耐臭氧、耐辐射、耐紫外线、耐老化等特点,可实现免维护长周期运行,使用寿命长;(4)就地成型,使用方便,施工工期短,适合于异型设备及构件表面保护和特殊电气接点部位的绝缘防护处理;(5)无毒,无污染,无腐蚀。因此,使用该绝缘涂料,不但可以提高母线的绝缘水平,而且还可以不影响母线的正常运行和绝缘子的选型。
3·施工难点及控制重点
有机硅阻燃导热高压绝缘涂料以前在电气化铁道牵引变电所母线施工中从未使用过,喷刷施工难度大:全所需涂刷的母线超过400m,且涂层厚度需要达到2mm以上。涂料需多次喷刷,为保证质量每次喷刷的厚度有一定的限制。由于绝缘涂料是暴露在空气中,很快会因其自身的化学性质而发生“硫化”,且湖南空气潮湿更加速了“硫化”的速度。再次涂刷必须要等待前次涂刷结束,绝缘涂料“硫化”后进行。判断绝缘涂料“硫化”水平和每次喷刷的厚度是绝缘涂料施工难点和控制的重点,这将直接影响母线喷刷绝缘涂料的质量。
4·施工中存在的问题及解决方案
4.1施工中存在的问题
母线喷刷施工由于绝缘涂料“硫化”不好,涂层存在龟裂、起皮、脱落等现象。硫化时间过短或过长都会对测试结果产生一定影响,试验测试发现很多数据无法达到厂家的技术指标。
按试验要求利用升压变压器、试验控制箱、万用表等仪器将试样(100mm×100mm×20mm)放于变压器油中做击穿场强试验,击穿场12.9MV/m(要求击穿场强≥15MV/m);取试样(50mm×50mm×1mm)做体积电阻率测试,体积电阻0.65×1014Ω·m(要求不小于1.0×1014Ω·m);利用10%的盐酸等化学试剂喷于刷过涂料的试验母线上,有机硅阻燃导热高压绝缘涂料表面有裂纹。
4.2解决方案及结果
对施工工艺研究发现母线加工、清洁、施工时湿度和温度对其性能有很大的影响。绝缘涂料喷刷工艺水平和硫化时间的判断是影响绝缘涂料施工的关键因素。
4.2.1母线加工与清洁
母线在进行绝缘涂料施工之前,必须参照施工图纸和现场实际尺寸进行测量加工,以使母线达到能安装状态,对其边角等进行打磨,使母线表面光洁平整,无裂纹、折皱、夹杂物及明显的损伤或腐蚀,且无变形和扭曲现象;切断面垂直平整、光滑;母线的弯制采用冷弯,弯制时应符合铁路电力牵引供电施工规范;相同布置的主母线、引下线及设备连接线横平竖直,对称一致。按照目前的条件,母线上存在的污垢主要有油渍、沙砾、泥土等几种。对于沙砾、泥土等污垢,采用常规的清理工艺即可使母线保持清洁,对于母线上存在的其它油脂等污渍,根据不同的性质,利用化学方法进行处理,采用的化学试剂一般为高标号汽油和香蕉水,用毛刷或干净的抹布人工清理。根据母线施工要求,在施工前必须对母线存在的毛刺、尖锐处进行处理,防止尖端放电,也可以防止绝缘涂料在该处形成薄弱点,影响正常的运行。
4.2.2施工工艺研究
(1)对于普通的长大母线,在空间较大的施工场地采用“喷涂”工艺完成施工,喷涂施工的主要机械设备为小型空气压缩机,采用8磅高压气体将FR60阻燃导热高压绝缘涂料进行雾化,使涂料成微粒状,从上下2个方向对母排进行喷涂处理以防止漏喷和厚度不均匀。
(2)对于已安装成型的长大母线,采用人工涂刷工艺进行涂刷,常用工具为毛刷。在涂刷时,根据母线的布置,将绝缘涂料均匀涂刷在母线表面上。涂刷过程中,要控制好每次毛刷使用的绝缘涂料的数量。根据施工中的经验,每次毛刷涂刷的长度以40~50cm为宜,因为该绝缘涂料暴露在空气中,很快会因为本身的化学性质发生“硫化”。根据施工经验,初次涂刷时,每次涂刷的厚度为0.3~0.4mm,随着涂刷次数的增多,涂刷厚度会逐渐减少,在第4次涂刷后,每次的涂刷厚度为0.1~0.2mm。用卡尺测量保证涂刷厚度为2mm。根据电压等级的要求,按照实际的涂刷水平进行施工安排,掌握施工进度。绝缘涂料再次涂刷必须要等待前次涂刷结束,绝缘涂料“硫化”后进行。判断“硫化”水平是绝缘涂料施工的关键之一。根据产品的技术说明及施工经验,绝缘涂料“硫化”后应能达到以下标准:涂料外观无明显杂质,絮状物,沉淀物;涂层均匀完整,不堆积、不缺损、不流淌、避免拉丝现象;涂层在自然条件下应不龟裂,不粉化,不起皮,不脱落;用手触摸不会粘连,表面光滑。
(3)由于短母线和设备连接比较紧密,接头处空间比较小,因此在对其进行施工时,采取“拆离涂刷”的方法。“拆离涂刷”就是在涂刷涂料时,将那些比较短小、作业空间狭小的母线拆离下来,在空间较大的施工场地采用“喷涂”工艺完成施工。该工艺不但避免了对电气设备的二次污染,而且由于施工空间的扩展,施工质量也将得到提高。
(4)实际施工中,发现该产品具有极强的亲水性,当施工环境湿度过高时就会凝固,给施工带来极大的困难。针对该问题可采取改变原先一次涂刷厚度必须达到0.5mm的规定,根据施工现场环境进行随机调整,采用“多人多次、反复涂刷”的作业方法,对所有的涂层安排专人检查,对达不到技术标准的涂层反复涂刷,直至达到标准为止。
(5)对部分先喷后装的母线,在安装过程中要注意对产品的保护。由于施工现场设备和工机具较多,要防止现场器物划伤已成型的母线。安装母线时,母线接头和设备连接处的绝缘涂料必须清理干净,否则将会影响设备的正常运行。安装设备时,要防止工具对设备的损伤。
(6)由于自身特殊的化学性质,在施工过程中绝缘涂料所使用的容器必须具有良好的密封性能,大桶原料使用结束有剩余时必须做好密封处理;现场喷涂或涂刷时,要采用小型容器,保证使用的原料能够在一次涂刷结束时用完。要根据现场施工人员的水平合理进行安排,避免浪费。
4.2.3试验结果
分段电气试验合格后,按照设备电气试验标准对其进行高压耐压试验,同穿墙套管及支柱一起做绝缘测试和交流80kV的1min耐压试验,检查无局部放电的现象,完全达到了电力工业部和《铁路电力牵引供电施工质量验收标准》中的电气设备检测标准。
5·结束语
根据施工现场实际情况,分段检查试验,提高了施工效率,保证了施工质量。通过研究测试,所有母线的绝缘涂料涂刷工作顺利完成,在后期的高压试验中一次通过,没有出现局部放电等不合格现象,工艺规范,节省了材料,提高了施工效率。