輸電線路合成絕緣子運(yùn)行多年后憎水性能評(píng)估

巢亞鋒，羅正平，張曉沅，周豐清，謝東

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007;2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司懷化供電分公司，湖南懷化 418000）

輸電線路合成絕緣子運(yùn)行多年后憎水性能評(píng)估

巢亞鋒1，羅正平2，張曉沅2，周豐清2，謝東2

(1.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長(zhǎng)沙 410007;2.國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司懷化供電分公司，湖南懷化 418000）

對(duì)已運(yùn)行5～10年的合成絕緣子的憎水性能進(jìn)行全面評(píng)估，結(jié)果顯示運(yùn)行時(shí)間超過(guò)5年后合成絕緣子憎水性基本下降至HC3級(jí)以下。分析影響運(yùn)行中合成絕緣子憎水性能的各種因素及原因，提出運(yùn)行中合成絕緣子的憎水性檢驗(yàn)周期及判定準(zhǔn)則。

合成絕緣子;運(yùn)行多年;憎水性;評(píng)估;輸電線路

合成絕緣子自上世紀(jì)80年代進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，以其優(yōu)異的憎水性、耐污閃性及少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)備受用戶青睞，近年來(lái)已大規(guī)模應(yīng)用于我國(guó)輸電線路〔1-8〕。截至2012年底，我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)掛網(wǎng)運(yùn)行的合成絕緣子超過(guò)600萬(wàn)支，生產(chǎn)廠家涵蓋國(guó)內(nèi)外30余家，運(yùn)行電壓等級(jí)涵蓋交流10～1000 kV、直流±400～±800 kV，運(yùn)行環(huán)境涵蓋了典型的城市工業(yè)、火電廠、水泥廠、化工廠、高海拔等復(fù)雜氣候、環(huán)境區(qū)域，其中運(yùn)行年限最長(zhǎng)的已超過(guò) 23 年〔9-24〕。

20余年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，合成絕緣子的應(yīng)用提高了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，節(jié)省了運(yùn)行成本。但運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，隨著運(yùn)行年限的增加，合成絕緣子的憎水性出現(xiàn)不同程度下降，憎水性喪失后其恢復(fù)時(shí)間增長(zhǎng)。合成絕緣子憎水性和憎水恢復(fù)特性的變化為其運(yùn)行帶來(lái)了安全隱患，因此，加強(qiáng)對(duì)合成絕緣子憎水性能的監(jiān)控，掌握合成絕緣子憎水性和憎水恢復(fù)特性的變化，對(duì)防止運(yùn)行中合成絕緣子事故發(fā)生及提高電網(wǎng)安全性有著重要的作用。

1 試品與試驗(yàn)方法

1.1 試品

試品為我國(guó)18個(gè)省、市已運(yùn)行5～21年的定期抽樣檢測(cè)合成絕緣子，試品電壓等級(jí)為交流110 kV，220 kV，500 kV、直流±500 kV，涵蓋了典型的城市工業(yè)、海洋、高山、火力發(fā)電廠、水泥廠、化工廠等區(qū)域，統(tǒng)計(jì)試品總數(shù)為6 156支〔25-32〕，其中不同運(yùn)行年限的取樣數(shù)量如表1所示。

表1 不同運(yùn)行年限合成絕緣子的取樣數(shù)量

1.2 試驗(yàn)方法

測(cè)試方法均為噴水分級(jí)法，采用HC等級(jí)來(lái)表征憎水性狀態(tài)，從HC1—HC7共7個(gè)等級(jí)被定義，數(shù)值越小的等級(jí)表征越強(qiáng)的憎水性能，試驗(yàn)條件和試驗(yàn)方法滿足IEC/TS 62073—2003《絕緣子表面濕潤(rùn)度的測(cè)量指南》要求;

采用接觸角法對(duì)在不同環(huán)境區(qū)域運(yùn)行達(dá)6年的36支試品的憎水性和憎水恢復(fù)性進(jìn)行測(cè)量，每支試品均在其上、中、下3個(gè)部位取樣，取這3個(gè)樣片測(cè)量結(jié)果的平均值為該支試品的靜態(tài)接觸角θs，測(cè)試方法滿足IEC/TS 62073—2003要求。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 憎水性試驗(yàn)

合成絕緣子的憎水性測(cè)試結(jié)果如圖1所示;其中相同運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行時(shí)間下，不同廠家產(chǎn)品的憎水性測(cè)試結(jié)果如圖2所示;不同環(huán)境區(qū)域、不同運(yùn)行年限、相同廠家試品憎水性試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。由圖1—3可知:

1)隨著運(yùn)行年限的增加，合成絕緣子憎水性總體呈下降趨勢(shì)，但仍保持著較好的憎水性。不同運(yùn)行年限的試品，憎水性大部分在HC3—HC5級(jí)水平范圍，少數(shù)嚴(yán)重老化者達(dá)到HC7級(jí);

2)試品憎水性的下降程度與產(chǎn)品材料有關(guān)。相同運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行環(huán)境下，不同廠家產(chǎn)品的憎水性差異較大，如部分廠家的試品在運(yùn)行7年后憎水性就下降到了HC6級(jí)，但也有部分廠家的試品在運(yùn)行21年后憎水性仍為HC3—HC5級(jí)，這說(shuō)明合成絕緣子的憎水性與硅橡膠材料配方和制造工藝等因素有關(guān);

3)試品憎水性的下降程度與運(yùn)行環(huán)境有關(guān)。在水泥廠、化工廠等污染嚴(yán)重區(qū)域，試品憎水性下降速度明顯高于沿海和城市區(qū)域，這是因?yàn)樗鄰S附近的試品表面沉降的水泥顆粒阻礙了硅橡膠材料憎水性的遷移，使得試品憎水性迅速下降;化工廠附近試品受酸雨、腐蝕性沉降顆粒的影響，表面老化嚴(yán)重，硅橡膠優(yōu)良的疏水性被破壞，因此試品憎水性迅速下降。

圖1 不同運(yùn)行年限試品憎水性試驗(yàn)結(jié)果

圖2 相同運(yùn)行環(huán)境下不同廠家產(chǎn)品的憎水性試驗(yàn)結(jié)果

2.2 憎水性喪失和恢復(fù)試驗(yàn)

將從試品不同傘裙取下的樣片放入去離子水浸泡96 h。在浸泡前采用DropMeter A-100P視頻光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x對(duì)各樣片的靜態(tài)接觸角θs進(jìn)行測(cè)量，得到在火電廠、高海拔區(qū)域、化工廠、水泥廠、城市和海洋附近區(qū)域取樣的試品的靜態(tài)接觸角θs分 別 為:92.1°， 109.3°， 113.7°， 118.9°，138.5°和 124.1°。室溫浸泡 96 h 后測(cè)量其 θs，在測(cè)量后的1 d，2 d，3 d，4 d，10 d，20 d和60 d分別測(cè)量樣片的憎水恢復(fù)特性，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。由圖4可知:浸泡96 h后，試品傘裙樣片憎水性喪失嚴(yán)重;城市、海洋附近取樣的試品的憎水性恢復(fù)相對(duì)較快;水泥廠、化工廠附近取樣的試品的憎水性恢復(fù)時(shí)間大于10 d。其中水泥廠附近試品憎水性恢復(fù)能力最差，這說(shuō)明合成絕緣子憎水性恢復(fù)特性與運(yùn)行環(huán)境有著密切的關(guān)系。

圖4 試品傘裙材料室溫浸泡4 d后的憎水性恢復(fù)曲線

3 憎水性檢驗(yàn)周期及判定準(zhǔn)則

對(duì)合成絕緣子憎水性的抽樣檢查建議可以按照以下方式進(jìn)行:抽樣比例不低于0.5%，且每批次樣本數(shù)不小于2支，其憎水性檢驗(yàn)周期及判定準(zhǔn)則如表2所示。在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)合成絕緣子對(duì)合成絕緣子憎水性進(jìn)行測(cè)量時(shí)，建議在上中下3個(gè)部位分別測(cè)量并綜合判定，同時(shí)需要避免惡劣氣象條件。若在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行憎水性測(cè)量，建議可通過(guò)靜態(tài)接觸角θs和HC等級(jí)來(lái)聯(lián)合表征憎水性狀態(tài)。

表2 合成絕緣子的憎水性檢驗(yàn)周期及判定準(zhǔn)則

4 結(jié)論

1)合成絕緣子運(yùn)行時(shí)間超過(guò)5年后，其憎水性基本下降至HC3級(jí)以下，且隨著運(yùn)行年限的增加，其憎水性總體呈下降趨勢(shì)。不同運(yùn)行年限的試品，憎水性大部分在HC3—HC5級(jí)水平范圍，仍表現(xiàn)出較好的憎水性;

2)合成絕緣子的憎水性與硅橡膠材料配方、制造工藝及運(yùn)行環(huán)境等因素關(guān)系密切。水泥廠、化工廠等惡劣運(yùn)行環(huán)境對(duì)其憎水性和憎水恢復(fù)特性影響巨大;

3)應(yīng)結(jié)合合成絕緣子的憎水性和憎水恢復(fù)特性選擇下次檢驗(yàn)周期，對(duì)憎水性能較差的產(chǎn)品批次應(yīng)加大抽樣數(shù)量。

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〔27〕湖南省電力公司試驗(yàn)研究院.湖南省電力公司2009年度運(yùn)行合成絕緣子抽檢試驗(yàn)報(bào)告〔R〕.長(zhǎng)沙，2009.

〔28〕湖南省電力公司試驗(yàn)研究院.湖南省電力公司2010年度運(yùn)行合成絕緣子抽檢試驗(yàn)報(bào)告〔R〕.長(zhǎng)沙，2010.

〔29〕湖南省電力公司科學(xué)研究院.湖南省電力公司2011年度運(yùn)行合成絕緣子抽檢試驗(yàn)報(bào)告〔R〕.長(zhǎng)沙，2011.

〔30〕湖南省電力公司科學(xué)研究院.湖南省電力公司2012年度運(yùn)行合成絕緣子抽檢試驗(yàn)報(bào)告〔R〕.長(zhǎng)沙，2012.

〔31〕武漢高壓研究院.110 kV海劉線運(yùn)行合成絕緣子檢測(cè)報(bào)告〔R〕.武漢，2007.

〔32〕武漢高壓研究院.110 kV海劉線運(yùn)行合成絕緣子檢測(cè)報(bào)告〔R〕.武漢，2011.

Evaluation on hydrophobicity performance of long-running composite insulators

CHAO Ya-feng1，LUO Zheng-ping2，ZHANG Xiao-yuan2，ZHOU Feng-qing2，XIE Dong2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China;
2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Huaihua Power Supply Company，Huaihua 418000，China)

The hydrophobicity performance of composite insulators which having been in service for 5～10 yeas is evaluated comprehensively in this paper，and the results show that the composite insulators hydrophobicity is reduced to below HC3 when run time is over 5 years.The main factors which influence hydrophobicity performance of composite insulators in service are analyzed and the test cycles and determination criterion of hydrophobicity composite insulators in service are proposed.

composite insulator;run for many years;in service;hydrophobicity;evaluation

TM216

B

1008-0198(2014)02-0004-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2014.02.002

2013-07-25

國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司科技項(xiàng)目(5216A513500R)