復(fù)合絕緣子在高頻電壓下的老化試驗(yàn)探討

趙天任 童海波 肖金云

（長(zhǎng)園高能電氣股份有限公司，廣東 東莞523128）

0 引言

近年來(lái)，硅橡膠材料的復(fù)合絕緣子因?yàn)閮?yōu)良的耐污閃性能在我國(guó)得到了快速普及應(yīng)用，對(duì)我國(guó)輸電線路的建設(shè)與運(yùn)行起到了非常積極的作用。但在使用中，有少量復(fù)合絕緣子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后發(fā)生了斷串的問(wèn)題，有一部分?jǐn)啻怯捎趶?fù)合絕緣子在電場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間的作用下發(fā)生電老化導(dǎo)致劣化造成的，其中，500 k V交流復(fù)合絕緣子在高壓端附近發(fā)生溫升進(jìn)而斷裂引起的斷串尤為突出。如今，該類(lèi)型的斷串已影響到輸電線路的運(yùn)行安全和復(fù)合絕緣子應(yīng)用的普及。因此，對(duì)在電場(chǎng)作用引起的復(fù)合絕緣子斷串現(xiàn)象進(jìn)行老化試驗(yàn)研究，具有非常重要的意義。

1 高頻電壓加速老化試驗(yàn)方法產(chǎn)生的背景

后，在高壓端附近會(huì)發(fā)生溫升的現(xiàn)象，發(fā)生溫升后絕緣子有進(jìn)一步發(fā)展為斷串事故的危險(xiǎn)。同時(shí)，運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，交流復(fù)合絕緣子該類(lèi)型的劣化比直流復(fù)合絕緣子要嚴(yán)重，這表明交變電場(chǎng)引起的局部放電和對(duì)護(hù)套—芯棒間界面的破壞比由靜電場(chǎng)引起的要嚴(yán)重。

按現(xiàn)有復(fù)合絕緣子的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，老化試驗(yàn)包括鹽霧試驗(yàn)、紫外線試驗(yàn)、轉(zhuǎn)輪法試驗(yàn)等。實(shí)踐證明，現(xiàn)有這些老化試驗(yàn)主要是評(píng)估復(fù)合絕緣子的表面老化性能，并不能有效評(píng)估復(fù)合絕緣子在電場(chǎng)作用下硅橡膠和環(huán)氧樹(shù)脂芯棒內(nèi)部以及兩者之間界面的電老化性能。本文根據(jù)局部放電的基本理論，提出復(fù)合絕緣子高頻電壓加速老化試驗(yàn)的方法、裝置，并給出了試驗(yàn)結(jié)果評(píng)判分析方法。

2 高頻電壓加速老化試驗(yàn)方法分析

復(fù)合絕緣子運(yùn)行時(shí)其電場(chǎng)的分布是極不均勻的，高壓端的電場(chǎng)比其他部位的電場(chǎng)強(qiáng)度要高得多。復(fù)合絕緣子制造過(guò)程中，由于各種原因，可能在硅橡膠或芯棒內(nèi)部存在微小的氣隙（氣泡），或者在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中有低分子物質(zhì)從硅橡膠或芯棒中分解出來(lái)。另外，硅橡膠傘裙護(hù)套與芯棒的粘接界面在潮氣和電場(chǎng)的長(zhǎng)時(shí)間作用下，可能發(fā)生粘接質(zhì)量下降甚至是脫粘的問(wèn)題。這些都為復(fù)合絕緣子在高壓端附近發(fā)生局部放電創(chuàng)造了條件。運(yùn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，少數(shù)交流復(fù)合絕緣子在運(yùn)行數(shù)年

2．1 本試驗(yàn)依據(jù)的局部放電的基本理論

（1）局部放電時(shí)每次微觀放電的電荷與試品本身有關(guān)，與電壓及電壓頻率無(wú)關(guān)。（2）局部放電時(shí)每次微觀放電的能量與試品本身有關(guān)，與電壓及電壓頻率無(wú)關(guān)。（3）在一定的電壓下，一定時(shí)間內(nèi)局部放電的次數(shù)與施加電壓的頻率成正比。

2．2 高頻電壓加速老化試驗(yàn)方法

根據(jù)以上局部放電理論，同時(shí)由于每次局部放電的時(shí)間極短（為10－7～10－9s），可以利用提高試驗(yàn)電壓頻率的方法對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行加速局部放電老化試驗(yàn)，使得硅橡膠、環(huán)氧樹(shù)脂芯棒內(nèi)部的氣隙（氣泡）和護(hù)套—芯棒間界面的交聯(lián)基團(tuán)在高頻交變電場(chǎng)下加速老化。

2．2．1 試品的準(zhǔn)備

本試驗(yàn)的試品包括2種類(lèi)型，一種是絕緣子成品（或短樣），另一種是帶護(hù)套的芯棒。具體準(zhǔn)備要求如下：（1）絕緣子成品（或短樣）。對(duì)成品進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)使用正常生產(chǎn)的復(fù)合絕緣子產(chǎn)品，并在產(chǎn)品上裝配好相應(yīng)的均壓環(huán)裝置以及與產(chǎn)品配合使用的線路金具、附件等；因試驗(yàn)設(shè)備、檢測(cè)手段限制而不適合使用長(zhǎng)產(chǎn)品的情況下，可以使用短樣（短樣的絕緣長(zhǎng)度不小于800 mm）進(jìn)行試驗(yàn)。（2）截取帶護(hù)套的芯棒。用有金剛石層的圓鋸片從正常生產(chǎn)的絕緣子上沿與芯棒軸線成90°的方向切割試樣，切面用細(xì)砂布打光（砂粒大小為180目），兩邊端面應(yīng)清潔且平行。試品長(zhǎng)度可根據(jù)試驗(yàn)裝置的電壓條件選取，推薦值為30～100 mm。

2．2．2 試驗(yàn)方式

具體試驗(yàn)方式包括以下2種：（1）對(duì)絕緣子成品（或短樣）進(jìn)行試驗(yàn)。將試品與線路金具、均壓環(huán)、導(dǎo)線等附件裝配、連接好后，設(shè)定電壓、頻率的數(shù)值，接通電源。試品與接地物或鄰近物體的距離，一般應(yīng)不小于試品高壓部分與接地部分間最小距離的1．5倍。（2）對(duì)帶護(hù)套芯棒截取段進(jìn)行試驗(yàn)。試品準(zhǔn)備好后，將其置于試驗(yàn)電極間，設(shè)定電壓、頻率的數(shù)值，接通電源。

2．2．3 試驗(yàn)裝置

如圖1所示，試驗(yàn)的主要裝置包括電源、調(diào)壓器、變壓器、變頻器等。主要裝置說(shuō)明如下：（1）電源：根據(jù)試驗(yàn)要求，為試驗(yàn)配置合適的電源，電源輸出應(yīng)穩(wěn)定可靠。（2）調(diào)壓器：此裝置輸出端與變壓器相連，通過(guò)此裝置進(jìn)行電壓變換，獲取試驗(yàn)需要的不同電壓值。（3）變壓器：此裝置是利用電磁感應(yīng)的原理來(lái)升高交流電壓。（4）變頻器：通過(guò)此裝置可以實(shí)現(xiàn)變頻控制，獲取試驗(yàn)需要的不同頻率電壓。

圖1 試驗(yàn)電路圖

圖1中“S”處放置絕緣子產(chǎn)品（或短樣）或截取好的帶護(hù)套芯棒（圖2）。對(duì)于成品或短樣試驗(yàn)，應(yīng)盡量模擬試品在實(shí)際線路運(yùn)行中電場(chǎng)分布的情況。在對(duì)帶護(hù)套芯棒截取段進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)裝置的2個(gè)電極結(jié)構(gòu)應(yīng)保證帶護(hù)套芯棒受到均勻電場(chǎng)的作用。

2．2．4 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)中，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備的條件，可對(duì)試驗(yàn)電壓、頻率范圍、試驗(yàn)溫度、相對(duì)濕度等施加一定的條件值。

2．2．5 試驗(yàn)參數(shù)

（1）試驗(yàn)頻率選取范圍：300 Hz～10 k Hz。（2）試驗(yàn)電壓：根據(jù)試品的不同，選用不同的試驗(yàn)電壓。1）對(duì)于成品，選用該電壓等級(jí)復(fù)合絕緣子的工作電壓或高于工作電壓進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于短樣，施加的電壓值可以依據(jù)電場(chǎng)分布計(jì)算結(jié)果作選擇，使高壓端附近的護(hù)套場(chǎng)強(qiáng)與實(shí)際運(yùn)行的場(chǎng)強(qiáng)值相似。2）對(duì)于帶護(hù)套芯棒試品，根據(jù)試品長(zhǎng)度，施加的電壓值應(yīng)使電場(chǎng)強(qiáng)度為2．5～6 k V／cm。（3）試驗(yàn)溫度：可采取室溫恒定的溫度條件，也可使溫度在一定的范圍進(jìn)行循環(huán)變化，推薦的溫度范圍為－35～＋60℃。（4）試驗(yàn)濕度：可采取恒定的濕度條件，也可使?jié)穸仍谝欢ǖ姆秶M(jìn)行循環(huán)變化，推薦的相對(duì)濕度為20%～98%。（5）試驗(yàn)時(shí)間：老化試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間可根據(jù)研究的需要進(jìn)行選定，推薦的試驗(yàn)時(shí)間為100～1 000 h。如試品發(fā)生擊穿現(xiàn)象，應(yīng)終止試驗(yàn)。

2．2．6 試驗(yàn)結(jié)果評(píng)判與分析

在試驗(yàn)過(guò)程中，定期利用紅外測(cè)溫技術(shù)測(cè)量試品的溫升情況，并記錄好發(fā)生溫升的時(shí)間和溫度值。不同膠料配方或不同生產(chǎn)工藝的試品，在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，其產(chǎn)生溫升前所耐受的時(shí)間越長(zhǎng)，耐老化性能就越好。因此，可以利用本試驗(yàn)方法對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行配方、工藝改進(jìn)后的試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)不同工藝技術(shù)生產(chǎn)的復(fù)合絕緣子進(jìn)行性能比較與篩選。

3 結(jié)語(yǔ)

本文為分析工程上運(yùn)行的復(fù)合絕緣子發(fā)生溫升進(jìn)而斷裂的原因提供了一種新的試驗(yàn)方法。復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠家在為提高復(fù)合絕緣子電老化性能進(jìn)行工藝技術(shù)改進(jìn)時(shí)，本試驗(yàn)方法也可為其改進(jìn)效果提供評(píng)判參考。因此，本文提出的試驗(yàn)方法對(duì)解決工程實(shí)際及生產(chǎn)問(wèn)題具有積極的意義。

［1］GB／T19519—2004 標(biāo)稱(chēng)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［S］

［2］徐其迎．硅橡膠合成絕緣子耐老化性能試驗(yàn)研究［J］．絕緣材料，2009，42（3）