運(yùn)行棒形懸式復(fù)合絕緣子機(jī)械性能

， ， ， ， ， 建國(guó)

(1.華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，北京 100045； 2.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 電力科學(xué)研究院，北京 100045； 3. 國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 張家口供電公司，河北 張家口 075000；4.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司 電力科學(xué) 研究院，重慶 401123；5.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，武漢 430072)

0 引言

復(fù)合絕緣子以重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、憎水性能強(qiáng)、耐污閃電壓高、不測(cè)零值、生產(chǎn)交貨時(shí)間短、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。目前我國(guó)掛網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)合絕緣子已經(jīng)超過(guò)400萬(wàn)支，是世界上復(fù)合絕緣子使用量最大的國(guó)家之一，復(fù)合絕緣子的使用量占到各類絕緣子使用總量的31%左右[5-6]。

隨著復(fù)合絕緣子在全國(guó)范圍的大量使用，掛網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間以后，各地均有關(guān)于復(fù)合絕緣子發(fā)生閃絡(luò)和損壞的報(bào)道。1998年全國(guó)范圍掛網(wǎng)運(yùn)行復(fù)合絕緣子總數(shù)達(dá)46萬(wàn)多支，統(tǒng)計(jì)到的閃絡(luò)與損壞事故為282例，事故率為0.061%，其中大風(fēng)及外力所致閃絡(luò)14例，芯棒脫斷8例[7]。根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司生輸配[2007]27號(hào)的統(tǒng)計(jì)，復(fù)合絕緣子的年損壞率約為0.005‰，全國(guó)范圍內(nèi)閃絡(luò)及損壞事故共773例，其中大風(fēng)和外力19例，芯棒斷脫24例[6]。GIGRE 2000年的調(diào)查表明，在統(tǒng)計(jì)的70萬(wàn)支復(fù)合絕緣子中，發(fā)生故障僅243例，故障率為0.035%，其中芯棒脫斷139例，金具損壞2例[8-10]。截止2006年10月，江蘇省掛網(wǎng)運(yùn)行復(fù)合絕緣子達(dá)26.5萬(wàn)支，在2001—2006年的復(fù)合絕緣子統(tǒng)計(jì)中，總事故73例，其中機(jī)械強(qiáng)度及產(chǎn)品質(zhì)量所致各1例[11-12]。從復(fù)合絕緣子事故統(tǒng)計(jì)來(lái)看，發(fā)生故障的復(fù)合絕緣子多為早期復(fù)合絕緣子，主要表現(xiàn)在外護(hù)套老化、機(jī)械強(qiáng)度下降、界面擊穿和芯棒脆斷4個(gè)方面[13]。

自20世紀(jì)90年代初，不同廠家、不同配方、不同加工工藝的復(fù)合絕緣子在全國(guó)范圍內(nèi)均有使用，目前全國(guó)各電網(wǎng)掛網(wǎng)運(yùn)行復(fù)合絕緣子中仍有大量早期復(fù)合絕緣子在使用中。由于這部分復(fù)合絕緣子大多數(shù)已經(jīng)掛網(wǎng)運(yùn)行十年左右，運(yùn)行后的復(fù)合絕緣子機(jī)械性能是否仍然滿足運(yùn)行條件，不同金具連接形式的運(yùn)行復(fù)合絕緣子其機(jī)械性能如何，各有什么優(yōu)缺點(diǎn)等是供電部門(mén)急待解決的問(wèn)題。關(guān)于運(yùn)行復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能系統(tǒng)研究目前還沒(méi)有多少文獻(xiàn)報(bào)道。

本文通過(guò)對(duì)抽檢的廣東地區(qū)、東北地區(qū)共計(jì)76支運(yùn)行復(fù)合絕緣子的端部連接方式進(jìn)行檢查，結(jié)合復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能試驗(yàn)，研究復(fù)合絕緣子各種端部連接方式下的機(jī)械強(qiáng)度及斷裂形式，對(duì)早期運(yùn)行復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 芯棒的機(jī)械性能

復(fù)合絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度包括芯棒的機(jī)械強(qiáng)度和端部金具與芯棒的結(jié)合強(qiáng)度。復(fù)合絕緣子芯棒的機(jī)械強(qiáng)度主要取決于芯棒的材質(zhì)和芯棒的直徑，芯棒材料在生產(chǎn)及運(yùn)行過(guò)程會(huì)受到不同程度的損傷，此外芯棒材料具有蠕變現(xiàn)象，在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中，其機(jī)械性能會(huì)出現(xiàn)下降。

復(fù)合絕緣子的芯棒由玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂組成，其玻璃纖維含量在60% ～80%之間。芯棒內(nèi)部纖維之間存在著差異，當(dāng)芯棒由于某些原因而導(dǎo)致芯棒內(nèi)部各部分纖維承受的應(yīng)力大小不同時(shí)，芯棒纖維中應(yīng)力集中的部分因承受過(guò)負(fù)荷而斷裂，該部分?jǐn)嗔押笤瓉?lái)的負(fù)荷向其它未斷裂的部分轉(zhuǎn)移，在未斷裂的玻璃纖維中產(chǎn)生新的應(yīng)力集中位置，如此循環(huán)，使得芯棒材料的纖維出現(xiàn)不同程度的損傷，并對(duì)外表現(xiàn)出機(jī)械強(qiáng)度下降。因此即使復(fù)合絕緣子短時(shí)承受一定的機(jī)械負(fù)荷后并未發(fā)生明顯的斷裂現(xiàn)象，但是其芯棒纖維可能已經(jīng)出現(xiàn)了一定的損傷。芯棒材料的蠕變特性直接關(guān)系到復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能，長(zhǎng)年運(yùn)行的復(fù)合絕緣子，其機(jī)械強(qiáng)度隨時(shí)間的對(duì)數(shù)呈線性關(guān)系，IEC6 1109[14]中規(guī)定靜載機(jī)械強(qiáng)度蠕變曲線斜率需不大于-8%Mav/時(shí)間對(duì)數(shù)刻度。

按GB/T 19519—2004[15]對(duì)抽檢的復(fù)合絕緣子芯棒的滲透性、吸水性和水?dāng)U散性能進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明，抽檢的復(fù)合絕緣子芯棒材料均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但是從外觀來(lái)看卻能發(fā)現(xiàn)明顯的的芯棒缺陷，見(jiàn)圖1，芯棒出現(xiàn)明顯的裂痕，纖維有不同程度的斷裂，這些缺陷的存在會(huì)使復(fù)合絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)存在機(jī)械強(qiáng)度下降、局部放電等隱患。

圖1 典型芯棒缺陷照片F(xiàn)ig.1 Typical defaults of the core

2 復(fù)合絕緣子端部金具連接形式

金具與芯棒的結(jié)合處是復(fù)合絕緣子最脆弱的地方，3種材質(zhì)相結(jié)合，存在復(fù)雜的界面和機(jī)械結(jié)構(gòu)，端部的芯棒在此處會(huì)承受不均勻應(yīng)力。復(fù)合絕緣子端部金具與芯棒的連接結(jié)構(gòu)主要包括楔接式(內(nèi)楔式、外楔式和內(nèi)外楔式)和壓接式兩種，見(jiàn)圖2。

圖2 不同金具連接形式的剖面及端頭結(jié)構(gòu)Fig.2 Section and end structure of different kinds of fittings link forms

早期的復(fù)合絕緣子均采用楔接式(內(nèi)楔、外楔和內(nèi)外楔)結(jié)構(gòu)，楔接式成功解決了芯棒兩端與桿塔和導(dǎo)線之間的連接問(wèn)題，楔接式均使用帶有自鎖緊原理的錐形金具內(nèi)腔與芯棒或楔片的配合來(lái)達(dá)到芯棒與金具的連接，這種楔接式結(jié)構(gòu)的連接方式機(jī)械強(qiáng)度均能滿足復(fù)合絕緣子標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已逐漸淘汰楔接式，代之以壓接式金屬附件連接工藝。目前，壓接式已被DL/T 864—2004[16]作為唯一推薦工藝。

3 抽檢復(fù)合絕緣子機(jī)械性能試驗(yàn)

從廣東電網(wǎng)抽檢的37支110 kV/100 kN復(fù)合絕緣子為A廠的早期產(chǎn)品，運(yùn)行年限最長(zhǎng)為10年，端部均采用楔接式結(jié)構(gòu)。東北電網(wǎng)抽檢的29支復(fù)合絕緣子含4種型號(hào)，66 kV/70 kN型11支、66 kV/100 kN型7支、220 kV/100 kN型7支和220 kV/160 kN型4支，均為B廠早期產(chǎn)品，運(yùn)行年限6—15年，端部結(jié)構(gòu)采用內(nèi)楔式或者外楔式。另選取10支C廠2000年以后的產(chǎn)品，其中110 kV/70 kN型2支、110 kV/100 kN型4支、220 kV/100 kN型2支、500 kV/160 kN型2支，運(yùn)行年限為1—4，端部結(jié)構(gòu)均采用壓接式。

參照GB/T 19519—2004或IEC 61109:1992，利用高壓復(fù)合絕緣子拉壓機(jī)在絕緣子兩端金屬附件上施加拉伸負(fù)荷，此拉伸負(fù)荷應(yīng)平穩(wěn)地從零升到75%的額定負(fù)荷，然后在30～90 s內(nèi)，逐漸上升到100%額定機(jī)械負(fù)荷，若少于90 s內(nèi)達(dá)到額定機(jī)械負(fù)荷，應(yīng)在此負(fù)荷下維持90 s(此試驗(yàn)可以認(rèn)為等效于額定負(fù)荷1 min耐受試驗(yàn))。耐受試驗(yàn)結(jié)束，如果試驗(yàn)未破壞，繼續(xù)施加拉伸負(fù)荷至絕緣子破壞。試驗(yàn)用拉力機(jī)為L(zhǎng)Y-300型高壓復(fù)合絕緣子拉壓機(jī)，采用BLR-1型拉壓力傳感器，載荷300 kN，行程150 mm，見(jiàn)圖3。

圖3 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 Testing site

對(duì)抽檢復(fù)合絕緣子進(jìn)行額定機(jī)械耐受試驗(yàn)和機(jī)械破壞試驗(yàn)。記錄復(fù)合絕緣子的耐受試驗(yàn)結(jié)果，機(jī)械破壞值及破壞形式，并計(jì)算芯棒的破壞負(fù)荷和額定負(fù)荷之比。

3.1 內(nèi)楔式復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能

A廠、B廠內(nèi)鍥結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械試驗(yàn)結(jié)果分別見(jiàn)表1和表2。

表1 A廠內(nèi)楔結(jié)構(gòu)110 kV/100 kN復(fù)合絕緣子機(jī)械破壞試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Mechanical breaking test results of the inner wedge type 110 kV/100 kN composite insulators from company A

注：14號(hào)為內(nèi)外楔結(jié)構(gòu)、其余為內(nèi)楔結(jié)構(gòu)。

表2 B廠內(nèi)楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械破壞試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Mechanical breaking test results of the inner wedge type composite insulators from company B

從表1可看出，13支A廠內(nèi)楔結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子有2支耐受時(shí)出現(xiàn)芯棒滑動(dòng)現(xiàn)象，其余均通過(guò)額定負(fù)荷耐受試驗(yàn)。其機(jī)械負(fù)荷破壞值在137.5～161.5 kN之間，破壞值與額定值之比在1.38～1.62之間，平均值為1.47，相對(duì)偏差僅為5.45%。

從表2可看出，B廠內(nèi)鍥結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子中2支66 kV/100 kN型在額定機(jī)械負(fù)荷耐受時(shí)出現(xiàn)芯棒或球頭拉斷現(xiàn)象。66 kV/70 kN型平均破壞值為147.5 kN，66 kV/100 kN型平均破壞值為107.3 kN，220 kV/100 kN型平均破壞值為156.3 kN，且平均破壞負(fù)荷與額定負(fù)荷之比分別2.11、1.07和1.56，可見(jiàn)B廠早期內(nèi)楔式復(fù)合絕緣子不同型號(hào)之間的機(jī)械強(qiáng)度裕度相差較大，且同一型號(hào)產(chǎn)品的破壞值分散性也較大，均在19.82%以上。機(jī)械負(fù)荷破壞值與額定負(fù)荷值之比范圍較大，在0.81 ～2.59之間。

端部結(jié)構(gòu)為內(nèi)楔式時(shí)，A、B兩廠復(fù)合絕緣子的機(jī)械負(fù)荷破壞值與額定負(fù)荷之比的分布見(jiàn)圖4。從圖中可以看出，內(nèi)楔結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷破壞值在1.2～1.8之間的占到72%，低于額定機(jī)械負(fù)荷的比例為8%。A廠內(nèi)鍥式復(fù)合絕緣子分散性較小，B廠內(nèi)楔式復(fù)合絕緣子分散性較大。

圖4 內(nèi)楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷破壞值與 額定負(fù)荷之比的分布Fig.4 Ratio distribution of the mechanical load breaking value to the rated load value about the inner wedge type composite insulators

內(nèi)楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子的破壞形式為球頭拉斷、芯棒拉斷、芯棒縱向損壞，各占抽檢總數(shù)的44%、44%、12%，且內(nèi)楔結(jié)構(gòu)的芯棒拉斷特點(diǎn)是金具內(nèi)芯棒直線部分一半拉斷，另一端從金具脫出，見(jiàn)圖5。內(nèi)楔結(jié)構(gòu)利用了芯棒材料的機(jī)械性能。內(nèi)楔結(jié)構(gòu)的鍥片使得芯棒中部機(jī)械應(yīng)力變得很高，且容易導(dǎo)致芯棒兩半部分的受力不均，使得芯棒一半承受主要負(fù)荷，從而容易致使金具內(nèi)部芯棒一半斷裂。

圖5 內(nèi)楔結(jié)構(gòu)芯棒破壞的典型形式Fig.5 Typical breaking forms of the core with the inner wedge type

內(nèi)楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明，A廠抽檢的內(nèi)楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械強(qiáng)度均滿足要求，機(jī)械強(qiáng)度有較大裕度、且分散性小，B廠抽檢的3種運(yùn)行復(fù)合絕緣子平均破壞強(qiáng)度均高于額定負(fù)荷，但5支66 kV/100 kN型破壞強(qiáng)度均較低，最小值僅為額定負(fù)荷的0.81倍，平均值也僅為額定負(fù)荷的1.07。這與不同廠商的加工工藝、掛網(wǎng)運(yùn)行年限、運(yùn)行環(huán)境等多種因素有關(guān)。

從抽檢的1支內(nèi)外楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子試驗(yàn)結(jié)果看，內(nèi)外楔結(jié)構(gòu)機(jī)械破壞值為170 kN，是額定機(jī)械負(fù)荷值的1.7倍，明顯高于內(nèi)楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子整體機(jī)械強(qiáng)度?？梢哉J(rèn)為內(nèi)外楔結(jié)構(gòu)較成功地綜合利用了內(nèi)楔、外楔結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，使得端部連接更加可靠。但由于抽檢樣品僅1支，試驗(yàn)結(jié)果僅做參考。

3.2 外楔式復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能

對(duì)A、B兩廠40支外楔結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子進(jìn)行機(jī)械負(fù)荷耐受試驗(yàn)和機(jī)械負(fù)荷破壞試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

表3 A廠外楔結(jié)構(gòu)110 kV/100 kN復(fù)合絕緣子機(jī)械破壞試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Mechanical breaking test results of the outer wedge type 110 kV/100 kN composite insulators from company A

表4 B廠外楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械破壞試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Mechanical breaking test results of the outer wedge type 110 kV/100 kN composite insulators from company B

從表3可看出，23支A廠外楔式復(fù)合絕緣子有12支額定耐受試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)芯棒滑動(dòng)現(xiàn)象，占A廠抽檢外楔式總數(shù)的52.2%，最低滑動(dòng)負(fù)荷值為52.2 kN，僅為額定負(fù)荷的52.2%。除2支破壞值低于額定負(fù)荷外，其余破壞值在108.3～148.4 kN之間。

從表4可看出，17支B廠外鍥結(jié)構(gòu)的復(fù)合絕緣子有6支在進(jìn)行額定機(jī)械負(fù)荷耐受試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)芯棒滑動(dòng)或者破壞現(xiàn)象，66 kV/70 kN型有2支、66 kV/100 kN型有1支，220 kV/160 kN型有3支，耐受試驗(yàn)不合格產(chǎn)品占B廠抽檢外楔式絕緣子總數(shù)的35.3%。

A廠外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷破壞值為額定負(fù)荷的0.91～1.48倍，相對(duì)偏差為10.96%，B廠4種型號(hào)的復(fù)合絕緣子破壞負(fù)荷為額定負(fù)荷的0.65～2.01倍，且各型號(hào)相對(duì)偏差最小為21.74%。A、B廠外楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷破壞值與額定負(fù)荷之比分布見(jiàn)圖6。外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷破壞值與額定負(fù)荷比值在1～1.6之間的占外楔式抽檢總數(shù)的77.5%，破壞值低于額定負(fù)荷的占17.5%?？梢钥闯鯝廠外楔式產(chǎn)品運(yùn)行后分散性較小，B廠外楔式產(chǎn)品分散性較大。

圖6 外楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷破壞值與 額定負(fù)荷之比的分布Fig.6 Ratio distribution of mechanical breaking load to the rated load

破壞形式主要為球頭拉斷、芯棒拉脫、芯棒拉斷、芯棒縱向破損，見(jiàn)圖7。圖7中，芯棒破壞分別占抽檢總數(shù)的27.5%、25%、45%和2.5%。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間掛網(wǎng)運(yùn)行后，外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械性能下降明顯，且分散性較大。外楔式復(fù)合絕緣子芯棒拉斷的特點(diǎn)是芯棒外圈沿楔片邊緣斷裂，這種斷裂特點(diǎn)跟外楔式結(jié)構(gòu)的工藝特點(diǎn)密切相關(guān)。外楔結(jié)構(gòu)為增加摩擦力而在楔片內(nèi)表面設(shè)置的凹凸使得芯棒表面多處位置出現(xiàn)不同程度的纖維損傷，在端部密封失效、受潮、浸酸等情況下，最終導(dǎo)致芯棒在承受破壞負(fù)荷時(shí)，金具內(nèi)芯棒的外層纖維斷裂，芯棒從金具中抽出。

圖7 外楔結(jié)構(gòu)芯棒破壞的典型形式Fig.7 Typical damage form of the core with outer wedge type

外楔結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果表明：A廠外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械強(qiáng)度下降明顯，最小值僅為額定負(fù)荷的0.91倍，但仍能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.85倍額定負(fù)荷，可繼續(xù)運(yùn)行；B廠外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械強(qiáng)度分散性很大，66 kV/70 kN型、66 kV/100 kN型，220 kV/160 kN型復(fù)合絕緣子均有機(jī)械強(qiáng)度嚴(yán)重下降的試品，最小破壞負(fù)荷僅為0.84、0.68、0.65倍額定負(fù)荷。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，低于0.75倍額定負(fù)荷須每年跟蹤檢測(cè)，低于0.65倍時(shí)須退出運(yùn)行。由此可見(jiàn)B廠外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械性能下降嚴(yán)重，且分散大，須保持跟蹤檢測(cè)，如有條件應(yīng)考慮更換。

外楔式復(fù)合絕緣子整體情況不容樂(lè)觀，40支抽檢絕緣子中有50%在額定負(fù)荷耐受試驗(yàn)中出現(xiàn)了滑動(dòng)甚至拉斷，20%的機(jī)械破壞負(fù)荷時(shí)低于額定負(fù)荷。有關(guān)文獻(xiàn)描述外楔式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是保持芯棒的整體性，但實(shí)際在加工中，為保障外楔內(nèi)表面與芯棒端部之間的靜摩擦力，利用壓力設(shè)備將外楔壓入設(shè)計(jì)規(guī)定位置的過(guò)程中，外鍥內(nèi)表面的凸凹使得芯棒端部表面纖維層嚴(yán)重受損，芯棒端部有效面積減少，芯棒的機(jī)械強(qiáng)度下降。外楔外表面與金具內(nèi)表面為同材質(zhì)的金屬表面，在長(zhǎng)期的負(fù)荷壓力作用下存在冷焊現(xiàn)象，一旦外楔結(jié)構(gòu)發(fā)生冷焊現(xiàn)象，將導(dǎo)致外楔結(jié)構(gòu)的自鎖緊作用失效，在機(jī)械破壞試驗(yàn)中表現(xiàn)為芯棒拉脫。

3.3 壓接式復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能

C廠10支壓接式復(fù)合絕緣子額定負(fù)荷耐受試驗(yàn)和機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 110～500 kV壓接結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械破壞試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Mechanical breaking results of 110～500 kV crimp type composite insulators

從表5可看出，壓接結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子均通過(guò)額定機(jī)械負(fù)荷耐受試驗(yàn)，且未出現(xiàn)芯棒滑動(dòng)等現(xiàn)象。機(jī)械破壞值為1.03～2.07的額定負(fù)荷。4種型號(hào)絕緣子的平均破壞負(fù)荷分別為額定負(fù)荷的1.74、1.35、1.54、1.62倍，2支110 kV/100 kN的復(fù)合絕緣子破壞值僅為額定負(fù)荷的1.03倍和1.06倍，破壞值分散性較大，表明掛網(wǎng)運(yùn)行后復(fù)合絕緣子機(jī)械性能下降。C廠壓接式絕緣子破壞形式均為芯棒拉脫，見(jiàn)圖8。

圖8 壓接結(jié)構(gòu)芯棒拉脫Fig.8 Core pulled off of the crimp type

該批次壓接結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子運(yùn)行1—4年，采用相同工藝，目前壓接式復(fù)合絕緣子設(shè)計(jì)中將球桿作為整支絕緣子的機(jī)械保險(xiǎn)部位，壓接式復(fù)合絕緣子出廠產(chǎn)品的機(jī)械破壞試驗(yàn)中應(yīng)全部為球頭拉斷。從抽檢絕緣子的破壞形式來(lái)看，該批次復(fù)合絕緣子的芯棒和金具均具有較好的機(jī)械性能，而端部的壓接結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)掛網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后成為其機(jī)械性能的瓶頸，由此來(lái)看，壓接式復(fù)合絕緣子的壓接工藝仍需完善。

3.4 討論

所檢試樣的主要機(jī)械性能情況見(jiàn)表6。

表6 試樣主要機(jī)械性能統(tǒng)計(jì)Table 6 The statistics of main mechanical properties of samples

復(fù)合絕緣子機(jī)械破壞形式多樣，主要受芯棒材料，金具材料和端部連接形式的影響。球頭拉斷是各種端部連接結(jié)構(gòu)下均存在的復(fù)合絕緣子破壞形式。外楔和壓接結(jié)構(gòu)保證了芯棒的整體性，在芯棒材料和金具材料機(jī)械性能良好時(shí)，這兩種結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子會(huì)發(fā)生芯棒拉脫。芯棒拉斷和芯棒縱向損壞形式一般出現(xiàn)在早期使用E型普通芯棒的復(fù)合絕緣子(端部結(jié)構(gòu)采用楔接式的抽檢復(fù)合絕緣子)中。內(nèi)楔式主要破壞形式是球頭拉斷、芯棒拉斷和芯棒損壞，3者所占比例分別為44%、44%和12%，外楔式主要破壞形式是芯棒拉斷、球頭拉斷、芯棒拉脫和芯棒損壞，4者所占比例分別為45%、27.5%、25%和2.5%，外楔結(jié)構(gòu)芯棒拉斷特點(diǎn)是芯棒外圈沿楔片邊緣斷裂。所抽樣中壓接式絕緣子的破壞形式均是芯棒拉脫。

復(fù)合絕緣子3種楔形結(jié)構(gòu)各具優(yōu)劣：內(nèi)楔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，機(jī)械強(qiáng)度分散性小，但破壞了芯棒完整性；外楔結(jié)構(gòu)不破壞芯棒整體性，但對(duì)金具及楔塊的加工要求高，難度大，機(jī)械強(qiáng)度分散性大；內(nèi)外楔結(jié)構(gòu)是較小破壞了芯棒的整體性，并利用內(nèi)楔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的自鎖性能來(lái)降低外楔式結(jié)構(gòu)對(duì)金具和楔塊的加工難度。早期的壓接結(jié)構(gòu)由于工藝限制等問(wèn)題存在機(jī)械強(qiáng)度低、分散性大等問(wèn)題，經(jīng)多年工藝改進(jìn)及先進(jìn)壓接設(shè)備的使用，壓接工藝日趨成熟，壓接結(jié)構(gòu)球頭體積小、保證芯棒完整性、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)得以彰顯，目前大部分廠家采用壓接結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

本文對(duì)抽檢的廣東電網(wǎng)、東北電網(wǎng)A、B、C 3家廠商的4種不同端部連接結(jié)構(gòu)早期運(yùn)行絕緣子進(jìn)行了機(jī)械性能試驗(yàn)，結(jié)果表明：

1)復(fù)合絕緣子芯棒材料是影響復(fù)合絕緣子機(jī)械性能的重要因素，對(duì)抽檢復(fù)合絕緣子芯棒材料檢查發(fā)現(xiàn)，抽檢復(fù)合絕緣子芯棒表面有不同程度裂痕。

2)不同端部連接形式的復(fù)合絕緣子，其主要破壞形式不同，內(nèi)楔式主要破壞形式是球頭拉斷、芯棒拉斷和芯棒損壞，3者所占比例分別為44%、44%和12%，外楔式主要破壞形式是芯棒拉斷、球頭拉斷、芯棒拉脫和芯棒損壞，4者所占比例分別為45%、27.5%、25%和2.5%，外楔結(jié)構(gòu)芯棒拉斷的特點(diǎn)是芯棒外圈沿楔片邊緣斷裂。所抽樣中壓接式絕緣子的破壞形式均是芯棒拉脫。

3)內(nèi)楔和外楔兩種連接方式，內(nèi)楔式絕緣子機(jī)械強(qiáng)度有較大的裕度，且分散性較小，內(nèi)楔結(jié)構(gòu)利用了芯棒材料的機(jī)械性能。經(jīng)掛網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，兩廠商外楔式復(fù)合絕緣子機(jī)械性能下降明顯。

4)壓接結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子機(jī)械強(qiáng)度較高，但機(jī)械強(qiáng)度分散性較大，掛網(wǎng)運(yùn)行后壓接結(jié)構(gòu)的機(jī)械性能下降，低于球桿的機(jī)械強(qiáng)度。抽檢破壞形式均為芯棒拉脫，未出現(xiàn)芯棒破壞現(xiàn)象。