浅谈合成绝缘子性能与运行

('浅谈合成绝缘子性能与运行摘要：对合成绝缘子的发展历程进行了全面总结，并详细阐述了合成绝缘子生产工艺、合成绝缘子优缺点及运行特性，为提高合成绝缘子运行维护可靠性提供了理论和实际依据。关键词：合成绝缘子发展生产工艺运行特性DiscussionontheSynthesisinsulatorPerformanceandoperationShanjianhua（ZhejiangprovinceShaoxingelectricpowerbureau，ZhejiangShaoxing312000）Abstract:Thedevelopmentofcompositeinsulatorissummanzed,elaboratedsyntheticinsulatorcompositeinsuiatorproductionprocess,advantagesanddisadvantagesandoperationcharacteristics,inordertotheoreticalandpracticalbasis.Keyword:SynthesisinsulatorDevelopmentProductionprocessOperationcharacteristics经过多次区域性和大面积污闪的考验，合成绝缘子优异的机电特性越来越受到广大用户的认可和好评，迄今为止，已有几百万支各种电压等级的合成绝缘子在输电线路上挂网运行，使用区域遍及全国各大电网，增长速度十分迅猛。中国已成为世界合成绝缘子使用的第1大国，其研究、制造和运行已居国际领先水平，运行经验也引起国际大电网组织（CIGRE）和国际电工技术委员会（IEC）的关注。因此，本文主要是根据对合成绝缘子的发展历程进行了全面总结，并详细阐述了合成绝缘子生产工艺、合成绝缘子优缺点及运行特性，为提高合成绝缘子运行维护可靠性提供了理论和实际依据。1、国内合成绝缘子研究现状我国电力系统用合成绝缘子的研究始于20世纪80年代初。清华大学、武汉大学、华东电力试验研究院、西安电瓷研究所等单位经过“七五”期间的艰苦攻关，研制出棒形悬式硅橡胶合成绝缘子，并通过了ＩＥＣ1109标准的全部试验项目。由于吸取了电气化铁道合成绝缘子的经验，一开始就采用了硅橡胶与乙丙橡胶作为伞裙材料。又由于乙丙橡胶绝缘子的几起试运行事故，最后伞裙材料只剩下硅橡胶一种，这种状况一直持续至今。1987年，湖北襄樊一家电力设备企业开始引进武汉大学合成绝缘子技术，开始生产合成绝缘子，成为中国，也是世界上第七家合成绝缘子生产企业。1988年正式生产出中国第一支合成绝缘子。1990年春，中国华北电网发生大面积污闪，而所有挂网合成绝缘子，虽然在重污区，但却经受住了那次大面积污闪事故的考验，无一支发生闪络事故。从此，合成绝缘子获得电力部门和电力专门的广泛认同，当时的国家电力部甚至专门下文在污秽区推广。中国合成绝缘子市场出现供不应求的局面，中国河北、江苏、上海等地都建起合成绝缘子工厂，合成绝缘子行业的竞争从此开始了。中国合成绝缘子经过以下三个阶段的发展，已经成为一个成熟的产品。(1)1981～1990年是合成绝缘子开发研制、成果转让与产品化阶段。(2)1990～1994年是合成绝缘子工业性试运行阶段。(3)从1995年开始，合成绝缘子进入全面实用化阶段。至1995年，合成绝缘子不仅得到运行部门的广泛好评，而且引起设计部门的关注，500kV线路的调爬开始大批量使用合成绝缘子，新建线路也开始批量甚至全线采用合成绝缘子。主要标志是JB/T8460-1996“高压线路用棒形悬式合成绝缘子”行业标准公布和国调中心调网［1997］93号文颁发“合成绝缘子使用指导性意见”。据国调中心1997年颁发的“入网合成绝缘子质量保证必备条件”显示，当时有一定规模的合成绝缘子厂家已经达到十多家，在这十多家企业中，各种所有制和投资方式都有，中国合成绝缘子行业历经了一个个充分竞争的阶段。在这个阶段中，各厂家引进、消化和自主研发新技术、新工艺的拼劲十足，到本世纪初，中国合成绝缘子的技术已经达到国际领先水平。其中，仅襄樊国网公司一家就拥有相关专利15项。从2006年，甚至更早，中国开始着手建设特高压线路，合成绝缘子作为特高压线路中的重要元件受到了一点有的重视，各主要厂家先后研发出特高压交直流合成绝缘子，并在随后的试验基地和示范线路批量挂网。2、合成绝缘子生产工艺2.1化工原材料的应用(1)一硅橡胶，硅橡胶分固化高温胶和液体胶，我们目前使用的是高温硫化胶，这种胶全名甲基乙烯基硅橡胶。目前市面有高温胶有几种，一种是水解料合成的，一种是裂解料合成的，性能相差很大，主是工艺性能及老化性能。(2)二是气相法白炭黑是补强剂，是属于纳米材料，其原生态粒子的粒径14-40nm,一次聚集体是100-200nm,属于三元体型的无定型结构，内部结构紧密，比表面积越大，活性越高。另外还有一种沉淀法白炭黑，它是二元线型结构，具有毛细管现象，吸水性很强。(3)超细氢氧化铝阻燃剂及抗漏电剂，粒径1-2微米，作用当有电晕时放水吸热功效。(4)芯棒，主体承力结构，主要是环氧树脂与玻璃纤维合成，强度达到炭钢的3-5倍，抗弯抗扭性能良好。2.2绝缘子的生产工艺流程（图1）3、合成绝缘子的质量好坏关键生产工序：3.1炼胶工序主要是混炼胶的制备，它直接关系到后面工序的质量及绝缘子伞裙的各项性能的。3.2硫化工序将混炼胶通过高温高压制成半成品，其质量的好坏直接影响伞裙在今后使用过程中老化情况。3.3组装工序主要是压接，其质量的好坏对绝缘子的影响将是致命的，导致掉串，脆断等事故。4、合成绝缘子的优点4.1机械性能机械性能优越,由于芯棒由环氧玻璃制成,其扩张强度为普通钢的1.5倍,是高强瓷的3-4倍,轴向拉力特别强,并具有较强的吸振能力,抗震阻尼性能很高,为瓷绝缘子的1/7---1/10。4.2抗污闪性抗污闪性能好,合成绝缘子具有憎水性,下雨时在合成绝缘子的伞形波纹表面不会沾湿形成水膜,面是成水珠状滴落,不易构成导电通道,其污闪电压较高,为同电压等级瓷绝缘子的3倍,在绍兴地区,合成绝缘子D1级污区上使用，这些地区上汇集热电厂、水泥厂等，在同样的污区范围和大雾条件下，对于使用玻璃绝缘子的线路，在夜间能看到明显电晕和听清的“卟滋、卟滋”爬电埋单，往往需要安排进行绝缘子的清扫工作，而合成绝缘子则全部经受考验。遭受雷击的合成绝缘子，其憎水性仍未丧失。表现出防污闪性能。4.3耐电蚀性耐电蚀性强，合成绝缘子较瓷绝缘子有较高的湿闪络和污闪络电压，只需要合成绝缘子的放电距离等于或稍大于瓷绝缘子串即可满足雷电特性等电气性能的要求。绝缘子表面漏电闪络形成不可逆性劣变起痕现象，一般标准不低于4.5级(即4.5kV)，合成绝缘子为6-7级。4.4结构稳定一般瓷悬式绝缘子是内胶装结构,由于电化腐蚀,运行中会产生低零值绝缘子电阻,而合成绝缘子为外胶装配结构,其内心为实心棒绝缘材料,不存在击穿,不会出现零值绝缘子。4.5线路运行效率高由于合成绝缘子的风雨自洁性好,可以缩短检修停电时间.4.6重量轻合成绝缘子自身重量轻,在运输、施工作业中可大大减轻工作人员的劳动强度。5、合成绝缘子的缺点5.1受力合成绝缘子承受的径向(垂直于中心线)应力很小,因此,使用于耐张杆的绝缘子严禁踩踏,或任何形式的径向荷重,否则将导致折断。5.2制造工艺不同厂家的合成绝缘子在制造工艺及抗老化性能还存在着一定的差异,使用寿命还有差别。5.3配方各个厂家对硅橡胶的配方都有所保留,但如果配方不当,就会出现运行数年后伞裙变硬、变脆的现象，或者容易引起老鼠等动物咬噬而导致损坏。6、合成绝缘子的运行特性6.1污闪合成绝缘子在运行过程中也会发生污闪。其主要原因是硅橡胶表面积污严重而使憎水性难以迁移至污层表面，其表面憎水性在长时间高湿度条件下会逐渐减弱甚至暂时消失，而不同的污秽物也对憎水性的恢复特性和迁移特性影响较大，这些都会造成合成绝缘子外绝缘性能大大降低，从而有可能发生正常运行状态下得闪络。尽管如此，相比瓷、玻璃绝缘子串而言，相同结构高度的合成绝缘子发生污闪故障的概率任然较低。一方面，合成硅橡胶优异的憎水性决定了合成绝缘子具有良好的防污性能；另一方面，研究表明，即使憎水性完全消失，合成绝缘子的污闪电压仍明显高于瓷、玻璃绝缘子串。因此，综合认为，合成绝缘子的防污性能优于瓷、玻璃绝缘子串。6.2雷击闪络研究表明，绝缘子串的临界冲击闪络电压仅由电极间的干弧距离确定，而与绝缘材料无关。与瓷、玻璃绝缘子串相比较，合成绝缘子在耐雷水平方面有优势的一面，不存在发生类似瓷绝缘子的零值、低值或玻璃绝缘子的自爆现象而降低整串绝缘子的耐雷水平问题。但是，由于合成绝缘子的伞裙直径较小，因而对于同一串长而言，其干弧距离小于瓷、玻璃绝缘子串，即耐雷水平略低于同结构高度的瓷、玻璃绝缘子串。尤其是早期的合成绝缘子和均压装置的不合理设计和使用，造成合成绝缘子的干弧距离进一步降低，从而导致早期的合成绝缘子产品雷击故障多发。运行经验表明，适当增加合成绝缘子串长，保证一定的干弧距离，可以明显降低雷击闪络故障。6.3鸟害目前，合成绝缘子的鸟害有两种形式，一种是鸟粪引起的闪络，另一种是鸟啄合成绝缘子硅橡胶伞裙护套。前者一般认为是鸟粪沿接近均压环装置外侧处落下，直接导致上下金具间短路放电，或者是鸟粪沿防鸟粪大伞边缘落下时对均压装置放电，这种鸟害形式已在试验室得到证实。后者研究表明，鸟类叨啄物体并非为觅食，而是类似于老鼠磨牙。鸟类叨啄的主要原因(1)是合成绝缘子的颜色、气味或配方可能吸引鸟类叨啄，(2)是绝缘子串结构形式便于鸟类停留。例如：伞裙密集的合成绝缘子中间部位相对不易遭受鸟啄，使用实心均压装置的合成绝缘子的端部不易遭受鸟啄，主要是因为这类绝缘子上不易站立；绝缘子悬挂方式也是影响鸟类叨啄的另一个重要因素。运行经验表明，直线转角塔的水平绝缘子比悬垂绝缘子更易遭受鸟类叨啄，而接近水平放置的下相绝缘子比上相绝缘子更易受到鸟类叨啄；直线塔的V型串绝缘子也有遭受鸟类叨啄的例子。鸟粪的叨啄行为主要发生在线路停电检修或等待投运期间，即电场的存在对于抑制鸟类的叨啄行为具有一定效果。目前防鸟害措施结构上的设计主要有两种：1)安装防鸟害均压环，2)加大伞。7、合成绝缘子运行中需注意的几方面问题:7.1检查与安装合成绝缘子在使用前的外观检查及运行常规检查中，须仔细检查伞裙护套及端部密封段是否有撕裂破损和老化现象，杜绝芯棒进水受潮现象发生，严禁从合成绝缘子上下导线和进行检查。严格按要求安装均压环，防止装反和均压环开口方向未对齐。不得将合成绝缘子当放(收)线的辅助工具,以免使其受到冲击力或弯矩而损伤绝缘子，绝缘子运输及安装中应轻拿轻放不应投掷,并避免与各类杂件(导线、铁板、工具等)及尖硬物碰撞、摩擦，合成绝缘子起吊时，绳结要打在端部附件上，严禁打在伞裙或护套上，绳子必须碰及伞裙与护套部分时，应在接触部分用软布包裹。7.2资料统计合成绝缘子挂网时间在10年左右，对合成绝缘子在运行过程中的老化规律、使用寿命、抗污闪能力的变化，还需收集更多的资料和认真研究。7.3质量要求对不同制造工艺的合成绝缘子产品，关注的方面不同，挤包护套穿伞工艺制造的产品应关注其粘接界面的质量，伞裙护套整体注射工艺制造的产品应关注合模缝质量、芯棒是否因高温和分段成形温差受损，根据使用条件选择适当的联接方式。7.4爬距选用合成绝缘子进行线路调爬，合成绝缘子串的高度如大于原绝缘子串，须对交叉跨越和杆塔电气距离进行校核。8、合成绝缘子的使用与建议8.1建档与观察运行单位应建立合成绝缘子档案（如绝缘配置系统，PMS系统中可以查阅）。合成绝缘子安装后必须验收合格后方可投入使用。合成绝缘子通常不必清扫,但当电晕声与以往比较明显严重时应加强观察,利用紫外成像仪观察电晕放电情况,利用红外成像仪检测合成绝缘子是否存在过热现象。8.2巡视与监测合成绝缘子运行中伞裙受到轻微外力或射击破坏时,一般不影响继续运行,但须重点巡视,受损则可能危及芯棒,影响绝缘子安全运行机制,在此情况下应尽快将受损绝缘子换下。对于运行中合成绝缘子的机械强度应采取定期监测措施，结合运行年限的长短，按相关规范要求对运行中合成绝缘子进行抽查检验，做拉力试验，比较机械强度的下降速率，防患于未然。8.3新技术与新工艺合成绝缘子在电网中的使用越来越广泛，随着科技的发展其制造工艺不断完善，质量和性能得到进一步的提高，实时掌握了解合成绝缘子的发展动向，将有利于电网的建设和安全运行。今后挂网的合成绝缘子应采用端部压接、一次注射成型、耐酸芯棒等先进生产工艺的压接式合成绝缘子，做到从源头p[5]李光辉,高虹亮.架空输电线路运行与检修.北京:中国三峡出版社,2000.[6]襄樊国网绝缘子股份有限公司培训教材.',)