運(yùn)行中復(fù)合絕緣子劣化情況研究

徐云峰，申永化,李士強(qiáng),張 勝

阜陽供電公司，安徽阜陽,236017

復(fù)合絕緣子作為新一代線路絕緣子已在我國進(jìn)入全面應(yīng)用階段，大大地減輕了輸電線路的維護(hù)工作，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。但運(yùn)行中復(fù)合絕緣子的劣化問題，如芯棒原材料(及耦聯(lián)劑)質(zhì)量差、密封破壞、端部連接機(jī)械性能下降等都會(huì)對(duì)輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成很大威脅[1-2]。如不及時(shí)掌握絕緣子劣化情況，較早發(fā)現(xiàn)事故隱患，必將發(fā)生電網(wǎng)惡性事故，因此必須進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)合絕緣子劣化情況研究。

基于上述理由,選取110 kV太胡745線作為該項(xiàng)目研究對(duì)象。該線路于1996年8月投入運(yùn)行，是阜陽供電公司第一條復(fù)合絕緣子輸電線路。該線路使用的復(fù)合絕緣子已掛網(wǎng)運(yùn)行15年，型號(hào)為：FXB-110/100型。該項(xiàng)目主要通過帶電檢測、憎水性試驗(yàn)、材料試驗(yàn)等方法，研究運(yùn)行中的復(fù)合絕緣子在機(jī)械強(qiáng)度、電氣、材料性能等方面的劣化情況，并通過研究結(jié)果綜合判斷復(fù)合絕緣子劣化情況，掌握輸電設(shè)備健康狀態(tài)，為制定檢修策略、開展有針對(duì)性的設(shè)備狀態(tài)檢修工作提供重要理論依據(jù)。

1 技術(shù)方案

1.1 帶電檢測

采用觀察法、紅外成像法。

1.2 劣化試驗(yàn)

鹽密及灰密測試、憎水性試驗(yàn)、水煮試驗(yàn)、陡波沖擊電壓試驗(yàn)、密封性能試驗(yàn)、機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)、材料試驗(yàn)(拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率試驗(yàn)、機(jī)械抗撕裂強(qiáng)度、硬度試驗(yàn)、帶護(hù)套的芯棒水?dāng)U散試驗(yàn))[3]。

1.3 項(xiàng)目的理論依據(jù)

根據(jù)DL/T 864-2004《標(biāo)稱電壓高于1 000 V的交流架空線路用復(fù)合絕緣子——定義、試驗(yàn)方法及驗(yàn)收準(zhǔn)則》和JB/T8737-1998《高壓線路用復(fù)合絕緣子使用導(dǎo)則》的有關(guān)要求，對(duì)運(yùn)行中復(fù)合絕緣子進(jìn)行劣化分析研究和相關(guān)的試驗(yàn)。

2 帶電檢測

2.1 觀察法觀測

對(duì)110 kV太胡745線路直線復(fù)合絕緣子進(jìn)行了3個(gè)月的地面觀測和登桿檢查，針對(duì)大霧、陰雨天氣觀測局部放電情況，以及污染源磚窯廠附近絕緣子積污狀況，對(duì)20多基桿塔進(jìn)行夜巡。帶電觀察法觀測未發(fā)現(xiàn)異常狀況，絕緣子運(yùn)行狀況良好。

2.2 紅外測溫法檢測

7～9月高溫大負(fù)荷期間采用紅外成像法對(duì)全線復(fù)合絕緣子進(jìn)行檢測，未發(fā)現(xiàn)發(fā)熱異?，F(xiàn)象，絕緣子運(yùn)行狀況良好。

3 劣化試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)：DL/T 864-2004《標(biāo)稱電壓高于1 000 V的交流架空線路用復(fù)合絕緣子——定義、試驗(yàn)方法及驗(yàn)收準(zhǔn)則》。

3.1 外觀劣化檢查

對(duì)12支運(yùn)行試品進(jìn)行外觀檢查，除絕緣子表面有不同程度的積灰、積污現(xiàn)象，傘裙顏色變深變暗外，大部分絕緣子傘裙未發(fā)現(xiàn)有硬化、粉化、脆化、裂紋、局部放電痕跡，各連接部位無脫膠、裂縫、滑移等現(xiàn)象。

3．2 鹽密及灰密測量

每只絕緣子中部各取1個(gè)單元(每個(gè)單元包括1大傘和1小傘)，參照GB/T 4585-2004進(jìn)行鹽密和灰密測量。

該批絕緣子污穢程度較輕，屬于B級(jí)污區(qū)，即鹽密值<0．06 mg/cm2。

3.3 憎水性試驗(yàn)

按照DL/T 864-2004 附錄A的測量方法及判定準(zhǔn)則，采用噴水分級(jí)法對(duì)1#～12#運(yùn)行試品進(jìn)行憎水性測量。

試驗(yàn)結(jié)果表明：抽檢的復(fù)合絕緣子中有8支憎水性等級(jí)在HC3-HC4間，占樣品總數(shù)的66．6%；有3支憎水性等級(jí)為HC5，占樣品總數(shù)的25%；有1支憎水性等級(jí)為HC6，占樣品總數(shù)的8．3%。根據(jù)上述結(jié)果及DL/T 864-2004標(biāo)準(zhǔn)對(duì)憎水性的要求，HC2-HC5級(jí)絕緣子可以繼續(xù)運(yùn)行，但HC5級(jí)絕緣子需要每年跟蹤監(jiān)測；HC6級(jí)絕緣子則應(yīng)退出運(yùn)行。

3.4 水煮試驗(yàn)

將5#、6#樣品放入含有0．1% NaCl的沸水中沸煮42 h，樣品仍保留在容器中直到水冷卻到50℃，取出檢查發(fā)現(xiàn)樣品完好，并在隨后48 h內(nèi)進(jìn)行陡波沖擊電壓試驗(yàn)。

3．5 陡波沖擊電壓試驗(yàn)

將電極固定在樣品上,分段進(jìn)行陡波沖擊電壓試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，將陡度大于1 000 kV/μs的沖擊電壓依次施加到樣品的每段上，每段均應(yīng)承受25次正極性和25次負(fù)極性沖擊。

如表1所示，試驗(yàn)時(shí)所加的陡度沖擊電壓大于1 000 kV/μs，樣品無擊穿或表面閃絡(luò)，根據(jù)上述結(jié)果及DL/T 864-2004標(biāo)準(zhǔn)的要求，該批絕緣子合格，可以繼續(xù)運(yùn)行。

表1 陡波沖擊電壓試驗(yàn)結(jié)果

3.6 密封性能試驗(yàn)

按照ISO3452：1984所規(guī)定的方法，對(duì)2#試品進(jìn)行染色滲透試驗(yàn)：先用清潔劑將表面清理干凈，加滲透劑開始作用后5 min內(nèi)施加65%額定機(jī)械負(fù)荷維持1 min，20 min后除去多余的滲透劑，清潔表面并干燥。檢查的區(qū)域?yàn)榻^緣子兩端，包括護(hù)套與金屬附件介面的全部區(qū)域及金屬部分兩端有效的延伸區(qū)。經(jīng)檢查，絕緣子兩端無裂痕(表2)。

根據(jù)上述結(jié)果及DL/T 864-2004標(biāo)準(zhǔn)的要求，該批絕緣子可以繼續(xù)運(yùn)行。

表2 密封性能試驗(yàn)結(jié)果

3.7 機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)

如表3所示，100%額定機(jī)械負(fù)荷1 min試驗(yàn)中，抽檢的復(fù)合絕緣子中有1支在試驗(yàn)負(fù)荷加載到98．5 kN時(shí)發(fā)生抽芯，占樣品總數(shù)的11．1%。破壞試驗(yàn)時(shí)，負(fù)荷加載到105．3 kN時(shí)有1支發(fā)生抽芯，占樣品總數(shù)的11．1%；鋼腳、鋼帽斷裂有6支，占樣品總數(shù)的66．6%；鋼帽斷裂僅有1支，占樣品總數(shù)的11．1%。根據(jù)DL/T864，該批絕緣子目前運(yùn)行情況尚可，沒有低于0．65 SML情況，但是有低于額定值的情況，需要繼續(xù)跟蹤。此外，絕緣子破壞形式大部分為鋼腳和鐵帽斷裂，所以在鋼腳和鐵帽為易老化的部位，需要進(jìn)行及時(shí)觀測。

表3 機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果

圖1 典型機(jī)械破壞試驗(yàn)結(jié)果照片

3.8 硅橡膠材料試驗(yàn)

3.8.1 拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率試驗(yàn)

每只絕緣子各取2只試樣(編號(hào)為1-1、1-2，依此類推)，經(jīng)修、打磨成標(biāo)準(zhǔn)試樣，按照GB/T 528-2009所規(guī)定的方法,進(jìn)行機(jī)械抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率試驗(yàn),具體結(jié)果如表4所示。

表4 拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率試驗(yàn)結(jié)果

拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率試驗(yàn)，經(jīng)過出廠測定：硅橡膠抗張(拉伸強(qiáng)度)：3．83 MPa，扯斷伸長率：188%，試品拉伸強(qiáng)度平均值為4．76 MPa，大于出廠值1．2倍，樣品合格；扯斷伸長率平均值為139%，比出廠值下降26%，但均大于規(guī)程規(guī)定不小于100%，全部合格。

3.8.2 機(jī)械抗撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)

每只絕緣子各取2只試樣，經(jīng)修、打磨成標(biāo)準(zhǔn)試樣，按照GB/T 529-2008所規(guī)定的方法進(jìn)行機(jī)械抗撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)。

機(jī)械抗撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)，出廠測定：抗撕裂強(qiáng)度(直角法):10．58 kN/m，試品機(jī)械抗撕裂強(qiáng)度平均值為15．2 kN/m，遠(yuǎn)大于出廠值和規(guī)程規(guī)定不小于7 kN/m，全部合格。

3.8.3 硬度試驗(yàn)

出廠測定：邵氏硬度75 Shore A ，試品平均硬度66 Shore A，比出廠值下降22%，但大于規(guī)程規(guī)定邵氏硬度不小于50的規(guī)定，全部合格。

3.8.4 帶護(hù)套的芯棒水?dāng)U散試驗(yàn)

帶護(hù)套的芯棒水?dāng)U散試驗(yàn)，出廠測量：泄露電流：50,40,20,40,50μA，平均值0．032 mA，樣品泄露電流平均值為0．28 mA，比出廠值大8．7倍，但小于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，泄露電流為≤1 mA，試驗(yàn)結(jié)果均在合格范圍之內(nèi)。該項(xiàng)目值明顯偏大，可判定，該傘裙與芯棒粘結(jié)處已有老化的跡象，外界腐蝕物易于從傘套破損處進(jìn)入芯棒。

4 研究結(jié)論

(1)本次檢測的復(fù)合絕緣子的電氣性能都符合規(guī)程要求，特別是運(yùn)行15年以上在水煮試驗(yàn)后48 h內(nèi)進(jìn)行陡波沖擊電壓試驗(yàn)依然合格，說明其使用壽命尚未結(jié)束，可以繼續(xù)運(yùn)行。

(2)本次試驗(yàn)中有66．6%的樣品憎水性未喪失，33．3%的樣品憎水性未喪失嚴(yán)重，根據(jù)上述結(jié)果及DL/T 864-2004標(biāo)準(zhǔn)對(duì)憎水性的要求，HC2-HC5級(jí)絕緣子可以繼續(xù)運(yùn)行，但HC5級(jí)絕緣子需要每年跟蹤監(jiān)測；HC6級(jí)絕緣子則應(yīng)退出運(yùn)行[4-5]。

(3)本次機(jī)械試驗(yàn)中有占樣品總數(shù)22%的絕緣子發(fā)生抽芯，雖然沒有低于0．65 SML情況，但是有低于額定值的情況，需要繼續(xù)跟蹤檢視。此外，絕緣子破壞形式大部分為鋼腳斷裂，所以鋼腳為易老化的部位，需要加強(qiáng)巡視觀測，縮短檢測周期，發(fā)現(xiàn)問題予以更換。

(4)絕緣子老化和運(yùn)行環(huán)境有很大關(guān)系，飽和鹽密測試結(jié)果表明：該批絕緣子污穢程度較輕，屬于二級(jí)污區(qū)，絕緣子運(yùn)行環(huán)境較好，傘裙未發(fā)現(xiàn)有硬化、粉化、脆化、裂紋、局部放電痕跡，各連接部位無脫膠、裂縫、滑移等現(xiàn)象老化不明顯。

(5)材料試驗(yàn)中拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率試驗(yàn)、機(jī)械抗撕裂強(qiáng)度試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)全部合格，唯有帶護(hù)套的芯棒水?dāng)U散試驗(yàn)泄露電流明顯偏大(比出廠值大8．7倍)，可判定該傘裙與芯棒粘結(jié)處已有老化的跡象，外界腐蝕物易于從傘套破損處進(jìn)入芯棒。泄漏電流增加較大，應(yīng)給予足夠重視，加強(qiáng)狀態(tài)巡視和紅外測溫，縮短檢測周期，一旦發(fā)現(xiàn)泄漏電流大于1 mA,及時(shí)更換絕緣子，避免事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建國，方春華，劉洋，等．220 kV復(fù)合絕緣子機(jī)電性能試驗(yàn)研究[J]．高壓電器，2008,44(4):332-333

[2]吳光亞，張銳，張勤．提高復(fù)合絕緣子長期運(yùn)行可靠性的措施[J]．有機(jī)硅材料，2008,22(3):176-178

[3]郭小清．高壓合成絕緣子技術(shù)鑒定材料[D]．武漢：武漢水利電力學(xué)院，1990

[4]李日隆，郭小清．合成絕緣子耐老化性能的研究[J]．絕緣材料，2003,36(3):28-30

[5]徐其迎，查叢梅，李?。\(yùn)行中合成絕緣子的性能試驗(yàn)研究[J]．絕緣材料，2008,41(3):43-44