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绝缘子|复合绝缘子left图
关于复合绝缘子的老化形式寿命

日期:2019-04-20

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  1、复合绝缘子的结构

  复合绝缘子由芯棒、伞裙护套和连接金具组成。其中芯棒材质为玻璃钢,用来提供绝缘子的机械性能,护套通过粘接剂连接于芯棒表面,起到保护芯棒的作用,连接金具位于复合绝缘子两端,起到将复合绝缘子与杆塔金具相连接的作用。

  图1 复合绝缘子整体结构

  复合绝缘子端部连接方式可分为楔式、压接式。楔式可分为外楔式与内楔式。

  图2 复合绝缘子端部结构

  绝缘子伞裙与芯棒的生产工艺可分为挤包穿伞、整体注射式。挤包穿伞为将伞裙粘接到芯棒上,因此有芯棒-护套、护套-伞套两个界面,整体注射式其伞裙与芯棒护套一体成型,仅有芯棒-护套界面。

  2、复合绝缘子失效形式

  复合绝缘子失效包括闪络、机械强度下降、芯棒击穿、脆断、芯棒酥朽断裂、外力破坏等。其中外力破坏与外部环境控制有关,其他则主要取决于绝缘子自身状态,与老化密切相关。

  当前复合绝缘子主要采用压接式连接结构,该结构复合绝缘子几乎不再产生机械性能下降导致绝缘子断串的事件。在采用耐酸芯棒的情况下,复合绝缘子也几乎不再产生脆断。

  因此目前与老化相关的复合绝缘子失效主要包括芯棒击穿、酥朽断裂。由于憎水性下降可能也会引发放电、造成芯棒的损伤,因此憎水性下降也认为是与老化相关的失效形式。

  图3 复合绝缘子主要失效形式

  3、老化机理

  3.1 物理老化

  引起绝缘子物理老化的因素有紫外辐照以及应力疲劳、高温。

  强烈的紫外辐照下,硅橡胶表面平整度下降,并出现大量孔洞和颗粒,橡胶内部填充物有外露的趋势,表面颗粒物为SiO2和Al2O3的混合物。硅橡胶在紫外老化过程中发生了较复杂的断裂、氧化和交联等化学反应。

  应力疲劳主要与大风区工况对于,绝缘子伞群在长时间大风作用下根部出现疲劳,产生裂纹、扩展导致伞裙撕裂。

  电弧放电会产生高温,高温会引起材料的热裂解,使材料变硬、变脆、弹性变差,拉伸强度和撕裂强度降低。

  3.2 化学老化

  引起硅橡胶化学老化的因素有酸碱、臭氧以及氮氧化物等。

  氮氧化物实际上也是转化为硝酸,再与伞裙材料起反应。酸、碱会导致Si-O键的断裂,Si-O为硅橡胶主链,断裂对憎水性产生不利影响,并导致表面裂纹产生。

  高压线路运行时由于放电产生臭氧,臭氧能够破坏硅橡胶主链Si-O-Si、侧链Si-C、C-H,导致硅橡胶材料表面缺陷增多、憎水性丧失、材料性能下降。

  3.3 电老化

  电老化是运行绝缘子主要的老化形式,包括中电晕或电弧放电引发的老化。实际上电老化也伴随着物理、化学老化。

  电晕或电弧放电产生的带电粒子的撞击、活性粒子如臭氧的产生、本身的高温均会导致硅橡胶分子链断裂,并导致有机物含量的减少,导致伞裙机械、憎水性能下降。

  当芯棒内部产生放电,将导致芯棒树脂分解、芯棒碳化、玻璃纤维断裂、护套开裂,***终导致芯棒机械性能下降、断裂。

  4、复合绝缘子老化表现形式

  4.1 宏观外观

  ①伞裙颜色变化

  老化后绝缘子颜色产生变化,灰黑色的绝缘子伞裙发白,红色的绝缘子伞裙颜色会变淡(也可以说是发白)。

  ②伞裙裂纹、粉化

  伞裙表面和根部存在开裂,破损现象,其原因为伞裙材料的硬化、脆化。

  粉化时伞裙表面出现大量细微裂纹,表面出现一层粉化层。粉化的本质是硅橡胶主链断裂。

  图4 粉化[复合绝缘子粉化伞裙的微观结构与憎水性的关联研究]

  ③芯棒护套破损

  护套出现受损、芯棒裸露。护套材料脆化、鸟啄等导致芯棒外露。

  ④放电痕迹

  伞裙和护套发现烧蚀、蚀损、漏电起痕、树枝状放电痕迹。表面积污严重或者老化导致憎水性下降,将导致复合绝缘子表面产生放电痕迹。

  4.2 伞裙材料性能

  随着运行时间的延长,棒形悬式复合绝缘子伞裙材料硬度增大,撕裂强度减小、拉断伸长率减小。(由于棒形悬式复合绝缘子长期运行中在环境气候和机械作用力等因素的影响下,硅橡胶分子链发生断裂,断裂后的自由基再相互作用产生交联结构,从而使材料变硬、变脆。)

  图5 硬度和撕裂强度随时间变化曲线[棒形悬式复合绝缘子老化性能的评估]

  4.3 憎水性

  随着伞裙材料老化,表面憎水性将出现下降趋势。根据绝缘子运行导则(《DL/T 1000.3 标称电压高于1000V架空线路用绝缘子使用导则第3部分:交流系统用棒形悬式复合绝缘子》),憎水性等级下降到HC6级时,应予以退出运行。

  4.4 芯棒性能

  1)水扩散试验泄露电流

  芯棒发生老化时,护套与芯棒粘接性能下降,或者芯棒本体树脂部分分解,将导致水扩散泄露电流的增加。

  水扩散试验可以带护套,也可以不带护套进行,两者之差基本可以认为是粘接界面的泄露电流,粘接界面泄露电流的大小与粘接性能密切相关。

  2)燃料渗透

  芯棒老化时,芯棒-护套界面,或者伞套-护套界面(挤包穿伞工艺)可能出现粘接性能下降,从而导致无法通过渗透性试验。

  3)机械破坏负荷

  对于早期的楔式连接复合绝缘子,随着运行时间增长,其机械破坏负荷程下降趋势,对于压接式复合绝缘子,机械破坏负荷基本不随运行时间增长而下降。

  4.5 微观指标

  1)傅里叶红外分析指标(Si-CH3官能团吸收峰面积)

  老化后绝缘子硅橡胶主链断裂,导致Si-CH3键数量减少,Si-CH3官能团吸收峰面积相应减少。

  2)热失重指标(有机物含量)

  棒形悬式复合绝缘子材料中橡胶组分含量随运行时间延长呈下降趋势。

  5、寿命

  复合绝缘子的寿命需要考虑不同失效方式,而不同失效方式有不同的失效规律、影响因素,因此复合绝缘子的寿命极为复杂,目前尚无法得到适用范围广泛的寿命数值,较为适用的仍然是基于抽检的寿命判定方法。

  5.1 基于理化指标的寿命预测

  就目前而言,复合绝缘子的伞裙硬度、硅橡胶有机物含量是与老化对应较为灵敏的指标。

  以伞裙硬度为例,文献[复合绝缘子运行性能及使用寿命评估方法的研究]以国内某一厂家的产品为例,硬度变化呈幂指数函数上升趋势,上升幂指数约为0.09-0.11。若假定绝缘子老化严重并需退出运行的***低要求分别为硬度不大于80Shoer A、则在正常设计、正常制造、正常使用和维护下,可推算出A厂绝缘子的使用寿命为22年。

 更多信息请访问:复合绝缘子 http://www.thdlqc.com  转载请注明,谢谢

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