復(fù)合絕緣子的運行特性及可靠性分析

1、復(fù)合絕緣子的運行特性及可靠性分析來源：武漢高壓研究所 時間：2007-11-08 吳光亞，蔡 煒，肖國英，顧光和，張 銳，徐 濤 （武漢高壓研究所，湖北武漢430074） 摘要:在運行經(jīng)驗和試驗研究的基礎(chǔ)上，對復(fù)合絕緣子的運行特性和可靠性進行分析，指出了我國復(fù)合絕緣子在運行中應(yīng)注意和研究的問題，同時提出了制造企業(yè)對其制造工藝、結(jié)構(gòu)應(yīng)改進的建議。 關(guān)鍵詞:復(fù)合絕緣子;運行特性能;可靠性 0 前言 至今為止，我國輸變電設(shè)備中已成功地使用了復(fù)合絕緣子約200萬支，大大地降低了輸變電設(shè)備的跳閘率，極大地提高了輸變電設(shè)備安全運行可靠性。結(jié)合我國國情，復(fù)合絕緣子在我國輸變電設(shè)備中還會得到大量使用。 武漢高

2、壓研究所自1994年以來先后與廣州市供電局、河北省電力局等電力部門和廣州MPC國際電工有限公司、東莞市高能實業(yè)公司等制造部門合作開展復(fù)合絕緣子運行特性及可靠性研究。同時電力部電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗測試中心電瓷質(zhì)檢站對運行復(fù)合絕緣子進行了抽樣試驗和仲裁試驗（委托）。其結(jié)論是復(fù)合絕緣子的機械、電氣和溫度特性等滿足運行對其要求，但復(fù)合絕緣子在運行不同年限后出現(xiàn)憎水性下降、機械強度降低、電氣性能下降、密封破壞、絕緣子掉串和劣化等現(xiàn)象。文章結(jié)合已開展的工作逐一對復(fù)合絕緣子的運行特性及可靠性和運行中出現(xiàn)的重大問題進行具體分析。在此基礎(chǔ)上指出我國對復(fù)合絕緣子應(yīng)注意和研究的問題，同時也提出了制造企業(yè)對其制造工藝、結(jié)

3、構(gòu)應(yīng)改進的建議。 1 運行特性及可靠性分析 1.1 外觀檢查 對運行最長時間11年和最短時間1年不同年限的所有不同電壓等級的復(fù)合絕緣子，經(jīng)外觀檢查，發(fā)現(xiàn)其絕緣表面出現(xiàn)局部放電，憎水性減弱;連接部位脫膠、裂縫、滑移;傘套材料脆化、硬化、粉化、開裂、起痕、樹枝狀通道、蝕損;傘裙變形嚴(yán)重;金屬附件銹蝕和芯棒暴露等現(xiàn)象。說明我國復(fù)合絕緣子的劣化現(xiàn)象較為嚴(yán)重。不同地域所表現(xiàn)出的劣化程度不一樣。廣東運行復(fù)合絕緣子憎水性下降比其他地域嚴(yán)重1，2，說明大氣條件對復(fù)合絕緣子的劣化影響較大。復(fù)合絕緣子的耐紫外 光性、耐潮濕性和耐高低溫性，因地域不同反映出劣化程度不同。需要說明的是，以上所列舉的劣化現(xiàn)象幾乎包羅了復(fù)

4、合絕緣子的所有劣化現(xiàn)象。但從各運行部門自己所掌握的劣化情況看，可能并沒有本文中所列舉的嚴(yán)重，因我們開展合作的運行部門所提供的復(fù)合絕緣子是問題較嚴(yán)重的絕緣子。 1.2 劣化性能 為了研究劣化性能，除進行外觀檢查外，還進行了跌落試驗、憎水性試驗、低溫模擬試驗、水煮試驗及耐應(yīng)力腐蝕試驗、傘套起痕及蝕損試驗、突然卸載試驗和熱機試驗。經(jīng)受三次跌落試驗后試品的傘裙、護套未出現(xiàn)斷裂;染色滲透檢驗裂痕均無異常，說明密封性能良好;突然卸載和熱機試驗以及傘套起痕和電蝕試驗均滿足JB.T58921991對其要求，試品完好。僅是在試驗前、后憎水性出現(xiàn)下降，芯棒滲透和水?dāng)U散及耐應(yīng)力腐蝕試驗也滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。說明我國

5、復(fù)合絕緣子芯棒制造技術(shù)已發(fā)展到了一定的水平。低溫下的憎水性出現(xiàn)了較大程度的降低，不同企業(yè)憎水性下降程度不同，低溫模擬試驗的方法是將復(fù)合絕緣子放入所設(shè)定的低溫條件下28h，在溫度充分達到平衡后取出檢查憎水性。表1中是某企業(yè)運行復(fù)合絕緣子的測量結(jié)果。從結(jié)果看存在1個低溫臨界點，在臨界點以下無憎水性，絕緣子表面極易結(jié)冰。不同配方絕緣子其低溫臨界點不同，運行時間也影響低溫臨界點，由低溫造成的憎水性喪失其恢復(fù)時間較快。 信息來源: 表1 低溫下復(fù)合絕緣子憎水性測量結(jié)果 信息來源:以上結(jié)果表明，運行復(fù)合絕緣子的老化性能較好，但是反映出的問題是憎水性試驗、熱機試驗、1000h鹽霧試驗和低溫模擬試驗皆出現(xiàn)憎水

6、性有較大程度的下降。憎水性出現(xiàn)部分喪失或完全喪失對電氣性能的影響在后文中詳細(xì)分析。我國復(fù)合絕緣子制造企業(yè)應(yīng)對復(fù)合絕緣子在運行若干時間后憎水性出現(xiàn)不同程度的降低引起重視，應(yīng)針對不同地域和運行條件所出現(xiàn)的嚴(yán)重劣化現(xiàn)象提出改進完善調(diào)整方案。 1.3 機械性能 1.4 電氣性能 復(fù)合絕緣子的運行特性及可靠性分析(2)來源：武漢高壓研究所 時間：2007-11-08 按閃絡(luò)梯度進行比較，試驗結(jié)果有如下規(guī)律: （1）有、無憎水性的試品在鹽霧法試驗中，一大二小傘型樣品的污閃梯度均為最高，而早期產(chǎn)品采用的等徑傘型均最低，相差1.25倍，說明傘裙形狀對閃絡(luò)梯度有很大影響。 （2）喪失憎水性后鹽霧法污閃電壓下降很

7、多，各種傘型下降程度在24%31%之間，說明憎水性對電氣特性也有很大影響。 由表2可知，在高壓端安裝了均壓裝置后，閃絡(luò)電壓較無均壓裝置情況下有不同程度的降低，且隨著均壓裝置的罩入深度的增加，絕緣距離有所減少，閃絡(luò)電壓降低幅度加大。當(dāng)在絕緣子兩端都裝上均壓裝置后，雷電沖擊閃絡(luò)電壓較高壓端裝上一個均壓裝置時的閃絡(luò)電壓值又要低了許多，最高降低幅值達21.3%。50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓過低，對運行中的復(fù)合絕緣子來說是很不利的。 表2 110kV復(fù)合絕緣子50%雷電沖擊閃絡(luò)特性對比試驗結(jié)果 均壓裝置的結(jié)構(gòu)和安裝形式對復(fù)合絕緣子電氣性能的影響 研究表明:220kV復(fù)合絕緣子在高壓端不安裝均壓裝置、安裝均壓裝

8、置、在高低壓端分別安裝均壓裝置后，靠近高壓端第一單元傘裙上的電位分布分別占運行電壓的17.2%、12.4%和10.1%，大大地降 低了高壓端金屬附件連接處的電位，這樣就使工頻電氣特性得到了較大的改善;安裝一個罩入深度分別為40mm和75mm圓形均壓裝置后，靠近高壓端第2個傘裙上的電位分布分別占運行電壓的21.3%和12.2%。且罩入深度為75mm的電位分布曲線比罩入深度為40mm （2）可見電暈。對110kV電壓等級復(fù)合絕緣子組合絕緣的可見電暈進行研究。組合絕緣的組合方式及起始電暈試驗結(jié)果見表3。 表3110kV電壓等級復(fù)合絕緣子組合絕緣的可見電暈試驗結(jié)果 由表3可知:可見電暈電壓提高幅值的范

9、圍為4.7%104.7%。其中不裝均壓裝置并在接地端加裝2片XP-70組合方式對改善可見電暈電壓特性效果較差，提高幅值僅為5.0%;高壓端裝均壓裝置和在接地端加裝2片XP-70組合方式對改善可見電暈特性的效果最好，提高幅值高達104.7%;高壓端加 裝2片XP-70和不裝均壓裝置的組合方式對改善可見電暈電壓特性較好，提高幅值為36.7%62.5%。由此可知，從改善可見電暈電壓特性看，應(yīng)在復(fù)合絕緣接地端加裝若干片瓷或玻璃絕緣子和在高壓端加裝均壓裝置。由試驗可知，復(fù)合絕緣子的起暈部位均為兩端金屬附件與芯棒連接處。 （3）綜合分析。復(fù)合絕緣子組合絕緣應(yīng)在高壓端加裝均壓裝置和在接地端加裝若干片瓷或玻璃

10、絕緣子。這種組合方式既增加了電氣絕緣強度，又改善了電場分布，同時又改善了可見電暈電壓特性。 2 掉串產(chǎn)生的原因及應(yīng)采取的措施 我國為了防止瓷、玻璃絕緣子掉串，絕緣子行業(yè)在上級主管單位的組織下對其發(fā)生掉串的原因進行了分析，并針對掉串原因采取了提高瓷、玻璃絕緣子耐陡波沖擊性能、耐工頻大電弧性能和使瓷絕緣子年均劣化率降低到一定水平等措施。自2002年至今，我國不同地域發(fā)生了多達10次以上不同電壓等級復(fù)合絕緣子掉串事故，這一問題應(yīng)引起重視!應(yīng)加大輸電線路使用復(fù)合絕緣子的力度，包括位于級和級污區(qū)的全部線路段和主網(wǎng)骨干線路全線使用復(fù)合絕緣子，這一政策還會繼續(xù)貫徹執(zhí)行。由于復(fù)合絕緣子是一種新型絕緣子，復(fù)合絕

11、緣子的機理、放電特性的定性和定量的分析以及長期機械性能等方面的基礎(chǔ)理論研究仍有大量的工作要做，加之受復(fù)合絕緣子本身材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和工藝的限制，至今為止完全杜絕復(fù)合絕緣子的掉串事故是不現(xiàn)實的。復(fù)合絕緣子可能發(fā)生掉串的原因: （1）機械強度與不同電壓等級輸電線路的設(shè)計與運行要求不相適應(yīng)。 （2）密封破壞導(dǎo)致發(fā)生芯棒脆斷。密封破壞導(dǎo)致發(fā)生芯棒脆斷這類事故是目前我國復(fù)合絕緣子發(fā)生掉串的最主要原因，并且比較集中在某些制造企業(yè)。密封破壞導(dǎo)致發(fā)生芯棒脆斷的機理國內(nèi)外還未統(tǒng)一認(rèn)識，這里不作過多談?wù)?。針對由密封破壞?dǎo)致發(fā)生芯棒脆斷的措施:金屬附件連接區(qū)和復(fù)合絕緣子其他暴露在空氣中的連接區(qū)必須采用高溫硫化工藝。復(fù)合絕

12、緣子在我國輸電線路的使用壽命不能定位在57年時間，應(yīng)同瓷、玻璃絕緣子一樣至少1520年以上，常溫硫化的界面短時間內(nèi)不會暴露出劣化問題，時間一長勢必發(fā)生嚴(yán)重劣化問題，所以必須強調(diào)復(fù)合絕緣子所有暴露在空氣中的連接區(qū)界面必須高溫硫化。均壓裝置應(yīng)能良好保護兩端金屬附件連接區(qū)不因漏電起痕及電蝕損導(dǎo)致密封性能破壞。 復(fù)合絕緣子的運行特性及可靠性分析(3)來源：武漢高壓研究所 時間：2007-11-08 閱讀： 659次（3）高場強的長期作用導(dǎo)致復(fù)合絕緣子掉串。復(fù)合絕緣子不安裝均壓裝置時電壓分布很不均勻，最大電壓分布在高壓端芯棒和金屬附件連接處，金屬附件連接區(qū)易發(fā)生漏電起痕及電蝕損而導(dǎo)致密封性能破壞。在安裝

13、了具有一定罩入深度的均壓裝置后，屏蔽了部分傘裙，絕緣子高壓端的電壓最大值大大降低，也就是說其電場強度降低到了可接受的水平，問題是最大分布電壓轉(zhuǎn)移到均壓裝置附件的傘 裙處。我國現(xiàn)行使用的均壓裝置結(jié)構(gòu)不合理，尺寸過小，均壓效果不理想，可以說起不到均壓作用，使其靠近高壓端處的某些傘裙單元處長期受到高場強作用，對單傘裙護套、粘接劑、芯棒護套擠包的芯棒四組合絕緣，或?qū)φw注射工藝的二組合絕緣，在不同介質(zhì)的交界處和層與層、帶與帶的交接等處容易留有細(xì)微的氣隙，成為局部放電長時間持續(xù)下去，就會使絕緣逐漸劣化，最終導(dǎo)致部分絕緣或整體絕緣擊穿或使其潮氣進入。我國現(xiàn)行采用復(fù)合絕緣子的均壓裝置，皆存在此問題，所以各制

14、造企業(yè)應(yīng)積極改進均壓裝置，使其真正能起到改善電位分布的作用。 （4）均壓裝置未能有效保護金屬附件、芯棒及傘套被電弧灼傷。由于復(fù)合硅橡膠成型溫度約200，而工頻大電弧的溫度約10005000，芯棒熔化溫度約140。在工頻大電弧作用下，尤其是在絕緣子未裝均壓裝置的情況下，絕緣體會粉化、碳化、芯棒暴露和機械強度下降。表現(xiàn)為其表面出現(xiàn)一層薄薄的白粉，傘裙和護套碳化深度分別高達3mm和5mm。尤其是芯棒在護套保護下碳化也可深達3mm。在無招弧角保護下，復(fù)合絕緣子的機械強度幾乎喪失。這些充分說明復(fù)合絕緣子金屬附件的設(shè)計應(yīng)考慮電弧的影響。復(fù)合絕緣子能大量使用的主要原因是因其良好的耐污性能。但在大電弧作用下，

15、傘裙和護套發(fā)生粉化、碳化和蝕損及漏電起痕，使憎水性部分或完全喪失，必將導(dǎo)致耐污性能下降。復(fù)合絕緣子密封不好或破壞芯棒護套，潮氣進入，則會在此處產(chǎn)生局部電弧，灼傷芯棒。此時絕緣子承受的拉力會使纖維斷裂，造成芯棒斷裂，形成掉串事故。工頻大電弧的灼傷可造成不裝均壓環(huán)和招弧角的試品鋼腳處芯棒長度達30mm的暴露。密封性能喪失更易發(fā)生掉串。芯棒熱膨脹系數(shù)為（6065）10-6/，遠(yuǎn)大于鐵，通過混入充填材料，可減少1.21.3，至少為鐵的3倍，絕緣子在工頻大電弧的作用下，溫度發(fā)生急劇變化，各部件的熱膨脹不同而使芯棒受到不均勻過大應(yīng)力造成機械強度下降。要提高耐熱沖擊性能，可在端部加膨脹系數(shù)小的充填材料（硅粉

16、等），使膨脹系數(shù)接近金屬，使內(nèi)部應(yīng)力均勻，也可加撓性附加劑，吸收和緩和內(nèi)部應(yīng)力6。 3 積污特性 至今為止，國內(nèi)外對復(fù)合絕緣子的積污特性還未開展研究。由于復(fù)合絕緣子屬高分子有機絕緣材料，相對瓷、玻璃絕緣子而言，表面具有優(yōu)良的憎水性、憎水遷移性等特點，其表面的積污特性是否比瓷、玻璃絕緣子優(yōu)良，一直是人們關(guān)注并爭論不休的問題，為此武漢高壓研究所初步開展了復(fù)合絕緣子積污特性的研究。本課題對14條線路17支運行復(fù)合絕緣子的鹽密、灰密進行了測量，所測鹽密值為、級，大部分復(fù)合絕緣子鹽密皆大于0.2mg/cm2，僅柏寧線右25號為0.122mg/cm2，最高灰密高達0.618mg/cm2。此次測量結(jié)果表明復(fù)

17、合絕緣子的積污特性并不明顯優(yōu)于瓷、玻璃絕緣子。 由于武漢高壓研究所所測數(shù)據(jù)較少，希望能進一步與有關(guān)單位合作，進一步開展與瓷、 玻璃絕緣子在同一運行條件下積污特性對比研究。 4 灰密對憎水性的影響 4.1 灰密對憎水性的影響 初步研究了灰密在210mg/cm2情況下憎水性遷移時間。由試驗結(jié)果可看出,除范西線4號右2支運行10年的產(chǎn)品在2mg/cm2下憎水性恢復(fù)時間為24h外，其他灰密情況下經(jīng)96h均未恢復(fù)。由此可見灰密對憎水遷移性影響較大。 4.2 復(fù)合絕緣子灰密對憎水性、遷移性的研究 信息來源:初步的研究表明，灰密高于2mg/cm2后，憎水性已無法恢復(fù)。根據(jù)表4灰密測量結(jié)果，選取0.32mg/

18、cm2之間的幾個灰密點進行憎水遷移時間測量，鹽密為0.1mg/cm2。為說明運行時間對憎水遷移時間的影響，同時對某制造企業(yè)的1支新復(fù)合絕緣子進行研究，試驗結(jié)果比對見表4。 信息來源:表4灰密對憎水遷移性的影響 注:表中數(shù)據(jù)為恢復(fù)到斜線上憎水性所用時間。若未恢復(fù)，則說明經(jīng)過了斜線下時間后 憎水性未見恢復(fù)。 由以上結(jié)果可看出: （1）對新絕緣子，在運行環(huán)境所帶來的灰密下憎水性恢復(fù)時間很短，恢復(fù)到HC1級所用時間僅為8h。 （2）憎水性優(yōu)良的絕緣子在不同灰密下憎水遷移性也較優(yōu)良。 （3）運行幾年后，隨憎水性下降，在不同灰密下憎水遷移時間也變長很多。不同制造企業(yè)、不同配方的絕緣子憎水遷移時間受運行時間

19、的影響不盡相同。 （4）灰密在0.30.5mg/cm2時絕緣子憎水遷移時間基本相同。而本次研究運行絕緣子灰密水平基本在此范圍內(nèi)。 5 應(yīng)注意和研究的問題 （1）運行單位應(yīng)按DL/T-20標(biāo)稱電壓高于1000V交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用技術(shù)條件（報批稿）第10條和第11條的規(guī)定，加強對運行復(fù)合絕緣子進行運行巡視、運行性能進行檢驗、憎水性能進行檢測以及機械特性進行檢測。 （2）制造企業(yè)應(yīng)加大力度改進復(fù)合絕緣子均壓裝置，使其能改善復(fù)合絕緣子的電位分布，同時保護金屬附件、芯棒及傘套不被電弧灼傷，其次還能保護 兩端金屬附件連接區(qū)不因漏電起痕及電蝕損導(dǎo)致密封性能的破壞。信息來源:（3）復(fù)合絕緣子兩端金屬

20、附件連接區(qū)及所有其他暴露于空氣中的界面應(yīng)采取高溫硫化工藝。 （4）運行單位應(yīng)加強對復(fù)合絕緣子積污特性監(jiān)測。要強調(diào)的是武漢高壓研究所初步研究證明復(fù)合絕緣子的積污特性并不明顯優(yōu)于瓷、玻璃絕緣子，且粉塵污染嚴(yán)重，灰密高于2mg/cm2后，憎水性完全喪失。不同制造企業(yè)、不同配方的復(fù)合絕緣子憎水遷移時間受運行時間的影響不盡相同。勢必對電氣特性影響較大。 （5）運行單位在調(diào)爬工作中，可考慮采用組合絕緣。運行復(fù)合絕緣子在不安裝均壓裝置工況下運行時，應(yīng)在高壓端加裝瓷或玻璃絕緣子。在安裝均壓裝置工況下，應(yīng)在低壓端加裝瓷、玻璃絕緣子。組合絕緣是提高絕緣子電氣強度、改善電位分布和可見電暈特性的一個較好措施。復(fù)合絕緣

21、子的運行特性及可靠性分析(4)來源：武漢高壓研究所 時間：2007-11-08 閱讀： 660次（6）均壓裝置的結(jié)構(gòu)和安裝形式對復(fù)合絕緣子的電氣性能影響較大。一定要正確安裝均壓裝置，從目前使用均壓裝置情況看，圓形均壓裝置效果較其他效果好，較大均壓裝置效果也很好?？蛇m當(dāng)增加均壓裝置的罩入深度，但應(yīng)校核50%雷電沖擊閃絡(luò)特性。 （7）若憎水性出現(xiàn)喪失，采用國內(nèi)現(xiàn)有較大盤徑和較大傘間距傘裙形狀的運行復(fù)合絕緣子而言，其電氣強度完全能滿足運行對其要求。若憎水性出現(xiàn)部分喪失或完全喪失，工頻濕閃絡(luò)電壓下降可達約30%，且污閃電壓下降平均也可達28%左右。不同傘裙形狀的復(fù)合絕緣子對濕電氣特性、污閃特性有較大影

22、響。因此運行部門應(yīng)合理選擇傘裙結(jié)構(gòu)并選用憎水性優(yōu)良的復(fù)合絕緣子。 （8）我國輸變電設(shè)備現(xiàn)狀，還應(yīng)加大力度使用復(fù)合絕緣子，應(yīng)充分注意復(fù)合絕緣子不同地域和運行環(huán)境條件的劣化性能。若出現(xiàn)DL.T-20標(biāo)稱電壓高于1000V交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用技術(shù)條件（報批稿）第10條所列舉的劣化現(xiàn)象十分嚴(yán)重，應(yīng)慎重選擇使用。制造企業(yè)應(yīng)針對不同地域和運行環(huán)境條件下運行復(fù)合絕緣子出現(xiàn)劣化的特征積極改進完善調(diào)整配方，以滿足運行對其要求。 （9）復(fù)合絕緣子頻繁發(fā)生掉串，這一問題應(yīng)引起足夠重視!至今為止，完全杜絕運行復(fù)合絕緣子的掉串事故雖然不現(xiàn)實，但是應(yīng)從制造質(zhì)量、密封技術(shù)、高場強長期作用和耐工頻大電弧性能方面去慎重

23、選擇復(fù)合絕緣子。 信息 送電線路瓷、玻璃、合成絕緣子運行性能及分析The Analysis of Characteristics of Porcelain Insulator, Glass Insulator, Polymer Insulator in Transmission胡毅 張俊蘭(武漢高壓研究所 , 湖北武漢 430074)摘要: 本文論述了送電線路瓷、玻璃、合成絕緣子的運行性能及特點 , 分析了雷電、污穢、鳥害等外在因素及材料、工藝、結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素對絕緣子運行性能的影響,討論了運行中存在的問題及解決措施。關(guān)鍵詞: 性能 ; 瓷絕緣子 ; 玻璃絕緣子 ; 合成絕緣子 ; 送電線路Ab

24、stract : This paper discusses the characteristics of porcelain insulator , glass insulator , polymer insulator at work in transmission line . It analyses the influence of lighting , pollution , bird and material , craft , structure on the property of insulators . Also it discusses the existing probl

25、ems at work and measures for reliability.Key words : characteristics ; porcelain insulator ; glass insulator ; polymer insulator ; transmission line一、 前言在送電線路上采用的絕緣子按電介質(zhì)材料分類，有瓷、玻璃、有機合成絕緣子三種類型。在長期的運行中，絕緣子會受到雷擊、污穢、鳥害、冰雪、高濕、溫差等環(huán)境因素的影響，在電氣上要承受強電暢雷電沖擊電流、工頻電弧電流的作用，在機械上要承受長期工作荷重載、綜合荷載、導(dǎo)線舞動等機械力的作用，綜合分析三種類型絕

26、緣子的運行性能及特點，研討絕緣子在運行中出現(xiàn)的問題及解決措施，對于提高線路的運行可靠性，是很有必要的。二、 絕緣子材質(zhì)瓷和玻璃均為硅酸鹽材料。瓷是由石英砂、粘土和長石等原料，經(jīng)球磨、制漿、煉泥、成形、上釉并燒結(jié)成瓷件。泥坯經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成一種多晶體，其顯微結(jié)構(gòu)由多晶體、玻璃相和氣孔組成，是一種非均質(zhì)材料。玻璃是由石英砂、白云石、長石、石灰石和化工原料經(jīng)高溫熔融成液體，經(jīng)冷凝而成的一種均質(zhì)的非晶體。有機復(fù)合絕緣子的硅橡膠傘盤為高分子聚合物，芯棒為引拔成型的玻璃纖維增強型環(huán)氧樹脂棒。瓷和玻璃絕緣子是由鐵帽、鋼腳和絕緣件用高標(biāo)號水泥膠裝成一體。有機復(fù)合絕緣子是由硅橡膠傘裙、芯棒和端部金具構(gòu)成一體。合成絕

27、緣子與瓷和玻璃絕緣子相比較，具有制造工藝簡單的特點。三、 絕緣子的運行性能及分析1 雷擊閃絡(luò)在采用瓷、玻璃絕緣子的輸電線路中，雷擊故障約占故障總數(shù)的50%左右，在全國合成絕緣子的故障統(tǒng)計中，雷擊故障約占55%左右。雷擊故障次數(shù)與雷電活動次數(shù)成正比，主要發(fā)生在雷電活動頻繁的地區(qū)。不少地區(qū)根據(jù)運行情況認(rèn)為：與瓷、玻璃絕緣子相比較，合成絕緣子的耐雷性能較差。特別是在110kV及以下電壓等級的輸電線路中顯得較為突出。實際上，與瓷、玻璃絕緣子相比較，合成絕緣子在耐雷方面也有優(yōu)勢的一面，合成絕緣子不會發(fā)生瓷絕緣子難以避免的零值、低值和玻璃絕緣子的傘裙自爆，因而不致因零值或低值絕緣子降低整串絕緣子的耐雷水平

28、。不利的一面是由于合成絕緣子傘裙直徑較小，因而對同一高度來說，其干弧距離總是略小于瓷和玻璃絕緣子。一般來說，絕緣子串的總長度越小，直徑對閃絡(luò)電壓的影響越突出。所以在110kV及以下電壓等級中，對雷擊閃絡(luò)的影響較為明顯。另外，運行情況表明：由于合成絕緣子上下端均壓環(huán)間或接地端頭與導(dǎo)線端均壓環(huán)間的空氣間隙偏小，等效于降低了合成絕緣子的有效絕緣長度，而造成雷擊閃絡(luò)電壓降低。一般來說，裝有均壓環(huán)的合成絕緣子，空氣間隙約減少1520cm或更多。對110kV合成絕緣子的試驗情況為：在下端配置一個均壓環(huán)后，其雷電沖擊閃絡(luò)電壓較配置前約下降5%，在上下兩端均配置均壓環(huán)后，其雷電沖擊閃絡(luò)電壓較配置前約下降8%。

29、產(chǎn)生這一下降的原因是雷擊放電總是選最短的路徑、最易于空氣擊穿的途徑發(fā)生。當(dāng)均壓環(huán)之間的空氣間隙擊穿伏秒曲線低于絕緣子表面的閃絡(luò)伏秒曲線時，放電就首先選擇在間隙中發(fā)生。當(dāng)然，有利的一面是，當(dāng)間隙偏小時，兩端的均壓環(huán)同時也可起到保護絕緣子的招弧角的作用。由于它使雷擊不在絕緣子表面而在兩均壓環(huán)間的空氣間隙中發(fā)生，因此防止了放電電弧對硅橡膠表面及端部連接金具的燒蝕。國外也有采用招弧角對瓷和玻璃絕緣子串進行保護的線路。絕緣配合一般為：兩招弧角間的雷電沖擊放電電壓為絕緣子串雷電沖擊放電電壓的85%左右。一旦線路遭受雷擊，雷擊放電電弧不沿絕緣子串而在兩招弧角間的空氣間隙間形成。從而對絕緣子形成保護，大大減少

30、了零值和劣質(zhì)絕緣子的發(fā)生概率。僅從絕緣子的保護來說，兩端配置均壓環(huán)比僅在導(dǎo)線端配置均壓環(huán)要好。若只在高壓端配置均壓環(huán)，顯然不能將電弧完全從絕緣子表面引開。根據(jù)運行經(jīng)驗，在發(fā)生雷電閃絡(luò)后，凡合成絕緣子兩端均配置有均壓環(huán)的，絕緣子表面仍保持完好，僅有局部傘裙發(fā)白。僅只在導(dǎo)線端安裝了均壓環(huán)的，有的傘裙燒損嚴(yán)重，塔側(cè)的金具也被燒蝕。而兩端均沒裝均壓環(huán)的則兩端金具及傘裙均有燒蝕現(xiàn)象，需要更換。對合成絕緣子的憎水性試驗進一步說明，遭雷擊閃絡(luò)但無燒損的絕緣子仍保持較好的憎水性，但有明顯燒蝕痕跡的絕緣子，其憎水性能則大大降低，意味著其耐污閃能力也將大大降低。因此，綜合考慮耐雷水平和絕緣子的保護這兩個方面，不應(yīng)

31、該僅為不降低耐雷水平而取消均壓環(huán)，而應(yīng)該適當(dāng)增加絕緣子高度，特別是在雷電活動密集區(qū)和雷電易擊點，所使用的合成絕緣子更應(yīng)適當(dāng)加長，使裝配均壓環(huán)后的空氣間隙及放電距離不致減些裝設(shè)均壓環(huán)的另一個好處是使絕緣子串的電場分布更趨均勻，不僅可減緩在長期工作電壓下，因局部高場強引發(fā)局部放電而造成絕緣子的老化或劣化，而且在同一放電距離下，可因電場均勻使放電電壓提高，從而提高雷擊閃絡(luò)電壓。從運行及試驗情況來看，均壓環(huán)的結(jié)構(gòu)及加工狀況，對放電電壓也有一定影響。均壓環(huán)局部有尖端或因結(jié)構(gòu)不合理形成局部的高場強也會起到降低雷擊放電電壓的作用。從運行情況來看，合成絕緣子的雷擊閃絡(luò)大多可重合成功，這是因為合成絕緣子屬不擊穿

32、結(jié)構(gòu)，當(dāng)放電在空氣中發(fā)生時，不會對絕緣性能產(chǎn)生不可逆影響，屬可恢復(fù)性絕緣，而瓷絕緣子在雷擊放電時可能發(fā)生內(nèi)擊穿，嚴(yán)重時可能在強大的工頻電弧電流作用下發(fā)生爆炸，這種情況屬不可恢復(fù)性絕緣。另需說明的是：合成絕緣子的防污性能是源于其外絕緣材料的特性，防雷性能則與外絕緣材料無關(guān)，只與其兩端間隙距離及電極形狀有關(guān)。距離越大，電場越均勻，其雷擊放電水平就越高。2 鳥害閃絡(luò)在絕緣子正上方的橫擔(dān)及金具上棲立飛鳥時，可能因鳥糞形成鳥害閃絡(luò)。這種閃絡(luò)通常是絕緣子表面爬電及空氣放電的一種混合閃絡(luò)。鳥糞短接部分空氣間隙并降低絕緣子局部表面的外絕緣性能，造成絕緣子串的絕緣性能下降。鳥害閃絡(luò)一般可從絕緣子表面的鳥糞殘跡及

33、地面的鳥糞痕跡來進行分析。對鳥害閃絡(luò)，可在絕緣子串正上方的橫擔(dān)上安裝鳥刺，防止鳥糞直接落在傘裙的上方，也可在上端第一片裝大裙，防止鳥糞直接橋接絕緣子傘裙。在采用瓷、玻璃、合成絕緣子的線路中，鳥害引起的閃絡(luò)均占有相當(dāng)比例，而在合成絕緣子的閃絡(luò)故障統(tǒng)計中，鳥害造成的閃絡(luò)僅低于雷擊閃絡(luò)居第二位，與瓷絕緣子、玻璃絕緣子串相比，由鳥害造成的合成絕緣子閃絡(luò)率較高。其原因可能是：合成絕緣子的傘間距較小，在鳥排便的瞬間，易于形成鳥糞的橋接，從而發(fā)生傘裙間飛弧短接現(xiàn)象。合成絕緣子的傘裙是柔性材料，大鳥糞便在重力作用下墜落時，易于全部順傘裙邊緣落下，不易反彈和飛濺。而瓷和玻璃屬剛性材料，由于反彈和飛濺可以減少落下

34、的量，甚至阻斷鳥糞對傘裙的橋接。因此，可以說合成絕緣子鳥糞閃絡(luò)率較高是與合成絕緣子本身的結(jié)構(gòu)及材料特點有一定關(guān)系的。3 絕緣子污閃及憎水性合成絕緣子具有污閃電壓高的優(yōu)點，在同樣的爬距及污穢條件下，合成絕緣子的污耐壓明顯高于瓷絕緣子和玻璃絕緣子。其原因是硅橡膠傘裙表面為低能面，它具有良好的憎水性，而且硅橡膠材料的憎水性還具有遷移性。通過遷移到污穢表面使污穢層也具有了憎水性，污層表面的水份以小水珠的形式出現(xiàn)，難以形成連續(xù)的水膜。在持續(xù)電壓的作用下，不像瓷和玻璃絕緣子那樣形成集中而強烈的電弧，表面不易形成集中的放電通道，從而具有較高的污閃電壓。另外，合成絕緣子桿徑小，在同樣的臟污條件下，其表面電阻比

35、瓷、玻璃絕緣子要大。一般來說，表面電阻越大，污閃電壓也越高。此外，與瓷和玻璃絕緣子下表面?zhèn)憷馐浇Y(jié)構(gòu)不同，合成絕緣子傘裙的結(jié)構(gòu)和形狀也不利于污穢的吸附及積累。而且合成絕緣子不需要清掃積污，有利于線路的運行維護。但是，運行經(jīng)驗表明：合成絕緣子耐污閃能力強并不等于不會污閃，造成污閃的原因有：表面快速積污或積污過多，造成憎水性難以遷移；氣候環(huán)境等外因造成絕緣子憎水性減弱或暫時喪失；硅橡膠材料老化造成憎水性及污閃性能下降等。試驗及運行中均已發(fā)現(xiàn)合成絕緣子在長期受潮后，如在連續(xù)雨霧的氣候條件下，硅橡膠的表面憎水性能有程度不同的下降，有的絕緣子甚至?xí)簳r喪失憎水性能，造成漏電增大，污閃性能明顯降低。在外部連續(xù)

36、雨、霧等潮濕條件消失后，憎水性會逐漸恢復(fù)。影響憎水性能恢復(fù)的主要因素有：傘裙的硅橡膠材料配方不同，其憎水恢復(fù)率也不同，性能良好的硅橡膠材料其憎水性恢復(fù)速率快，性能較差的硅橡膠材料其憎水性恢復(fù)速率慢，污層表面憎水性遷移的速率也較慢。對不同廠家生產(chǎn)的絕緣子進行憎水性試驗，發(fā)現(xiàn)不同絕緣子的憎水性、憎水遷移性及憎水性恢復(fù)速率均有一定差異，甚至有的廠家新絕緣子的憎水性僅達到瑞典輸電研究所推薦的憎水性分類等級的4級水平。這說明硅橡膠材料配方及加工工藝是影響憎水性及憎水恢復(fù)性的一個重要因素。合成絕緣子連續(xù)受潮的時間越長，恢復(fù)憎水性所需時間越長。環(huán)境溫度低，憎水性恢復(fù)較慢，環(huán)境溫度高，則憎水性恢復(fù)較快。絕緣子

37、表面粗糙度高的，憎水性恢復(fù)較慢。運行時間長的舊絕緣子比新絕緣子憎水性恢復(fù)慢，材料的老化亦會影響憎水性的恢復(fù)。發(fā)生閃絡(luò)后且有一定燒痕的絕緣子其憎水性恢復(fù)明顯減慢，雖然在試驗中仍然可能通過各項電氣試驗，但在一定的氣候條件下，特別是濕度很大、溫度較低的氣候環(huán)境下，閃絡(luò)的概率明顯增大。因此，合成絕緣子在一定的氣候條件下，發(fā)生污穢閃絡(luò)是完全有可能的。但是，從全國線路污穢統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，與瓷和玻璃絕緣子相比，合成絕緣子由污閃造成的故障次數(shù)要明顯低得多。4 絕緣子的劣化及檢測合成絕緣子的故障率較國產(chǎn)瓷絕緣子的劣化率及玻璃絕緣子的自爆率低，國產(chǎn)瓷絕緣子的年劣化率約為千分之一，玻璃絕緣子的自爆率約為萬分之幾。目前

38、，從運行情況來看，合成絕緣子的運行可靠性較瓷、玻璃絕緣子好，但隨著運行時間的增長，有機材料的老化劣勢將逐步突出。一是傘裙材料的老化將會降低防污性能及電氣絕緣性能，二是芯棒多年運行后因芯棒蠕變特性將降低機械強度，并暴露出端部金具連接中的問題。而且，由于國內(nèi)不少產(chǎn)品是楔接式，在長期的運行中可能出現(xiàn)微量滑移，使密封膠開縫，在金具端部強電場的作用下，導(dǎo)致加速老化。玻璃絕緣子具有零值自爆的特性，自爆原因一是來自制造過程中玻璃中的雜質(zhì)和結(jié)瘤，若雜質(zhì)和結(jié)瘤分布在內(nèi)張力層時，在產(chǎn)品制成后的一段時間內(nèi)，部分會發(fā)生自爆。所以制造單位在產(chǎn)品制造后應(yīng)存放一段時間，以便發(fā)現(xiàn)制造中存在的質(zhì)量隱患。若雜質(zhì)或結(jié)瘤分布在外壓縮

39、層，在輸電線路上運行一段時間后，在遇到強烈的冷熱溫差和機電負(fù)荷作用下，有可能引發(fā)玻璃絕緣件自爆。另外，運行中玻璃絕緣子在表面的積污層受潮后，在工頻電壓作用下 會發(fā)生局部放電。由局部放電引起的長期發(fā)熱會導(dǎo)致玻璃件絕緣下降，引起零值自爆。所以在污穢嚴(yán)重地區(qū)運行的玻璃絕緣子其自爆率會有所增高。但是，玻璃絕緣子的自爆率不同于瓷絕緣子的劣化率和有機復(fù)合絕緣子的老化率。玻璃絕緣子的自爆率屬早期暴露，隨著運行時間的延長，自爆率呈逐年下降趨勢，而瓷絕緣子的劣化率屬后期暴露，隨著時間延長，在機電聯(lián)合負(fù)荷的作用下，其劣化率會逐漸增加，而合成絕緣子由于有機材料本身的老化特性，其老化率及劣化率隨著時間會增大，國外一般

40、認(rèn)為玻璃絕緣件和瓷絕緣件的老化壽命為50年左右，而合成絕緣子的老化壽命不超過25年。瓷絕緣子由于瓷件與鋼帽、水泥粘合劑之間的溫度膨脹系數(shù)相差較大，當(dāng)運行中瓷絕緣子受冷熱變化時，瓷件會承受較大的壓力和剪應(yīng)力，導(dǎo)致瓷件開裂，而且瓷絕緣子的瓷件存在剝釉、剝砂、膨脹系數(shù)大等問題，受外力作用時，會產(chǎn)生有害應(yīng)力引起裂紋擴展。瓷絕緣子的劣化表現(xiàn)為頭部隱形的“零值”和“低值”，對零值或低值瓷絕緣子，必須登桿進行逐片檢測，每年需花大量的人力和物力，而且檢測的準(zhǔn)確率在很大程度上受大氣濕度、人工調(diào)整火花間隙距離、作業(yè)人員的經(jīng)驗等因素影響。由于檢測零值和劣質(zhì)的準(zhǔn)確率不高，即使每年檢測一次，也會有相當(dāng)數(shù)量的漏檢低值絕緣

41、子仍在線路上運行，導(dǎo)致線路的絕緣水平降低，使線路存在著因雷擊、污穢閃絡(luò)引起掉串的隱患。玻璃絕緣子有缺陷時傘裙自爆，只要堅持周期性的巡檢，就能及時發(fā)現(xiàn)和更換。合成絕緣子的在線檢測在目前還缺乏適當(dāng)?shù)臋z測裝置及方法，在國內(nèi)外都是一個正在研究的課題。由于復(fù)合絕緣子是棒型結(jié)構(gòu)，一旦失效，對線路影響將大于由多個絕緣子組成的絕緣子串。5. 機械強度機電破壞負(fù)荷試驗是檢測絕緣子運行特性的一項重要指標(biāo)。機電破壞負(fù)荷試驗結(jié)果差的產(chǎn)品，隨著運行時間的增長，其機械強度會呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。對在線路上運行年限不同的瓷絕緣子、玻璃絕緣子進行機電性能對比試驗，發(fā)現(xiàn)部分瓷絕緣子在運行1525年后，試驗值已低于出廠試驗標(biāo)準(zhǔn)值，不

42、合格率隨運行年限增加。而玻璃絕緣子的穩(wěn)定性和分散性要好于瓷絕緣子。對瓷和玻璃絕緣子進行高頻振動疲勞試驗，試驗結(jié)果表明振后玻璃絕緣子的機電強度變化不大，而振后瓷絕緣子的機電強度明顯下降。這一方面是因為國產(chǎn)瓷絕緣子廠家較多，由于材質(zhì)及制造工藝等方面的因素，造成質(zhì)量分散性大。另一方面，由于瓷質(zhì)燒結(jié)體是不均勻材料，在長期的運行過程中，受各種機械沖擊力、振動力的作用，可能對瓷體造成損傷，導(dǎo)致機械性能下降。從目前國內(nèi)外瓷絕緣子運行記錄來看，國產(chǎn)瓷絕緣子與國際水平尚存較大差距。合成絕緣子在運行若干年后取下進行機械強度試驗，發(fā)現(xiàn)程度不同的存在機械強度下降的問題。有的是芯棒在額定機械負(fù)荷下出現(xiàn)滑移，有的是芯棒從端部金具中脫出，有的是出現(xiàn)斷裂。分析其原因：一是由于端部聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)和工藝存在問題，二是由于芯棒蠕變特性及材料老化。在長期的運行中，由于大氣環(huán)境、電暢機械力等的聯(lián)合作用，芯棒中的玻璃纖維會產(chǎn)生機械疲勞，環(huán)氧樹脂材料會老化，端部金具和芯棒聯(lián)結(jié)配合亦會出現(xiàn)松動，因此，生產(chǎn)單位應(yīng)在金屬端頭與芯棒的聯(lián)結(jié)工藝上嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。同時對于運行中合成絕緣子的機械強度應(yīng)采取定期監(jiān)測措施，結(jié)合運行年限的長短，比較機械強度的下降速率，防患于未然。另外，國內(nèi)外復(fù)合絕緣子在運行過程中已發(fā)生多起脆斷事故，脆斷通常發(fā)生在絕緣子的導(dǎo)線端的金具聯(lián)結(jié)處附近，產(chǎn)生脆斷的原因是由于水介質(zhì)中的