硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用分析

宗強(qiáng) 陸文娟 魯露

摘 要：近年來，我國(guó)逐漸開始使用硅膠線路絕緣子，以此來提高電力系統(tǒng)的外絕緣能力，伴隨著輸電行業(yè)的快速發(fā)展，絕緣材料的使用范圍越來越廣泛，污閃事故的發(fā)生頻率逐漸升高，影響了電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。本文簡(jiǎn)要介紹了什么是電力系統(tǒng)外絕緣，并從多個(gè)角度分析了硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：硅橡膠;電力系統(tǒng)外絕緣;應(yīng)用效果

中圖分類號(hào)：TM216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）14-0131-02

在電力系統(tǒng)中，外絕緣是最容易發(fā)生事故的，若想保證電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，提升它的安全系數(shù)，就必須要提升外絕緣的能力。長(zhǎng)期以來，關(guān)于電力系統(tǒng)外絕緣的研究都是圍繞著絕緣性能展開的，不論是哪一種絕緣子，都需要長(zhǎng)時(shí)間在惡劣、負(fù)責(zé)的環(huán)境下運(yùn)行，對(duì)耐老化性能、機(jī)械性能以及電氣性能提出了更高的要求[1]。

1 電力系統(tǒng)外絕緣概述

近幾年，國(guó)內(nèi)外的電力系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備使用的絕緣材料主要可以分為兩大類，一類是有機(jī)的材料，另一類是無機(jī)的材料，其中，前者包括硅橡膠、環(huán)氧樹脂和乙丙橡膠等材料，后者包括陶瓷或玻璃等。早高壓輸變電系統(tǒng)中，無機(jī)材料的使用比較廣泛，制造的工藝以及產(chǎn)品的規(guī)格都較為成熟。在有機(jī)材料當(dāng)中，硅橡膠存在著一些不足，例如容易發(fā)生老化問題、電蝕損性能相對(duì)較差、耐漏電起痕性能較差、運(yùn)行性能不高等問題。環(huán)氧樹脂的不足體現(xiàn)在傘裙的表面容易擠壓污垢，造成憎水性不能遷移到污層的表面，容易發(fā)生吸潮溶解的問題，所以這種材料通常會(huì)被應(yīng)用在低壓電器的套管內(nèi)。硅橡膠的優(yōu)點(diǎn)在于它的防污特性較為突出，可以使用在變電站設(shè)備的外絕緣中，在架空輸電線路中也得到了普及與應(yīng)用。熱硫化硅橡膠的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在它的憎水性能于康劣化性能優(yōu)異，具有耐電蝕、耐起痕的特點(diǎn)。通過大量的實(shí)踐研究表明，硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用一方面可以避免發(fā)生污閃事件，降低清潔、檢測(cè)零值以及維護(hù)的工作總量，另一方面還可以有效處理變電站的污閃問題。

目前，人們已經(jīng)掌握了大量的水平較高的制造橡膠的水平，同時(shí)也積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。硅橡膠材料在絕緣工程中的應(yīng)用與普及，展現(xiàn)了硅橡膠的良好的經(jīng)濟(jì)特性以及使用壽命。充分發(fā)揮硅橡膠材料的優(yōu)越特性，特別是防污能力，能夠有效保證電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行，提升變電運(yùn)輸?shù)陌踩?。目前，硅橡膠的使用量越來越大，劣質(zhì)硅橡膠時(shí)有出現(xiàn)，憎水性能下降、脆化、硬化、粉化，起痕或開裂等問題比較嚴(yán)重，所以電網(wǎng)的工作人員必須要全面掌握硅橡膠材料的運(yùn)行特點(diǎn)[2]。

2 硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的使用標(biāo)準(zhǔn)

應(yīng)用硅橡膠可以降低污閃的問題，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)零值的作用，能夠進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)外絕緣的防污能力，為電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。但值得注意的是，硅橡膠在使用期間仍然存在劣化的問題，需要相關(guān)的工作者結(jié)合硅橡膠材料的運(yùn)行特點(diǎn)確立更加科學(xué)、系統(tǒng)的應(yīng)用方案，提升電力系統(tǒng)外絕緣管理工作的基本水平。如果仔細(xì)觀察復(fù)合絕緣子的外觀，我們能夠發(fā)現(xiàn)它的表面會(huì)存在著較為明顯的放電痕跡，在這種情況下，硅橡膠實(shí)際的憎水性就會(huì)出現(xiàn)不同程度的降低，甚至?xí)?。不僅如此，傘套材料還會(huì)伴有硬化、粉化以及破裂等問題，而且運(yùn)行在不同區(qū)域的絕緣子之間，還會(huì)表現(xiàn)出差異化的特征。在評(píng)斷硅橡膠的憎水性能時(shí)，應(yīng)當(dāng)從憎水性、憎水性減弱、憎水性恢復(fù)特性以及憎水性遷移特性等幾個(gè)基礎(chǔ)的角度展開判定與分析工作。在我國(guó)，電力行業(yè)對(duì)硅橡膠材料制定了統(tǒng)一的使用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)硅橡膠的使用進(jìn)行了規(guī)范和約束，使用的硅橡膠必須滿足相關(guān)的使用條件。HTV硅橡膠本身應(yīng)用在高壓線路棒形懸式復(fù)合絕緣子的電站設(shè)備中，因?yàn)槭褂昧枯^大，因此，相關(guān)技術(shù)部門要對(duì)其應(yīng)用特性予以關(guān)注。DL/T627就曾對(duì)RTV防污染閃涂料的技術(shù)做出了約束和管理，并在此基礎(chǔ)上要求有關(guān)的部門需要嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢查區(qū)域內(nèi)的電力系統(tǒng)外絕緣裝置，在使用的標(biāo)準(zhǔn)中，特意調(diào)高了其中的一小部分參數(shù)，對(duì)硅橡膠材料的憎水性重新進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)判定，同時(shí)也對(duì)工頻的濕閃絡(luò)電壓和人工污穢試驗(yàn)重新開展了試驗(yàn)處理。最為關(guān)鍵的是，在現(xiàn)行的使用標(biāo)準(zhǔn)中，加強(qiáng)了對(duì)RTV與HTV參數(shù)的關(guān)注，并做出了系統(tǒng)化的約束[3]。具體的使用標(biāo)準(zhǔn)如下：（1）HTV的擊穿場(chǎng)強(qiáng)大于20kV/mm，RTV的介電強(qiáng)度大于18 kV/mm。（2）HTV的撕裂強(qiáng)度大于10kN/m，RTV的撕裂強(qiáng)度大于3kN/m。（3）HTV與RTV-1型的拉斷伸長(zhǎng)率超過150%，RTV-II的拉斷伸長(zhǎng)率大于250%。（4）HTV的可燃性需要達(dá)到FV-0級(jí)，RTV-I的可燃性需要達(dá)到FV-1級(jí)，RTV-II型的可燃性需要達(dá)到FV-0級(jí)。近年來，RTV硅橡膠防污閃涂料用量逐年攀升，在這樣的形勢(shì)下，如果想要達(dá)到輸電線路HTV硅橡膠復(fù)合絕緣子的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)工作人員就必須關(guān)注掛網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)行管理的結(jié)構(gòu)，提高質(zhì)量控制的能力[4]。

3 硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用特點(diǎn)

硅橡膠是電力系統(tǒng)外絕緣設(shè)備中不可缺少的組成部分，使用的量相對(duì)較大，所以相關(guān)的技術(shù)部門應(yīng)當(dāng)著重探究硅橡膠的應(yīng)用特性。

3.1 運(yùn)行的條件對(duì)憎水性的影響

通過仔細(xì)觀察復(fù)合絕緣子的外觀可以發(fā)現(xiàn)，符合絕緣子的表面存在著比較明顯的放電印記，一旦出現(xiàn)這種情況，就意味著硅橡膠的憎水性能遭受了破壞，輕則會(huì)減弱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)徹底喪失憎水性。不僅如此，傘套材料容易出現(xiàn)粉化和硬化或者是破裂等一系列問題，而且不同位置的運(yùn)行絕緣子它們還會(huì)顯示出不同的特點(diǎn)。在評(píng)斷硅橡膠的憎水性能的環(huán)節(jié)中，需要從多個(gè)基礎(chǔ)的角度做出判定和分析，主要可從憎水性遷移、憎水性降低、憎水性恢復(fù)、憎水性的特點(diǎn)等幾個(gè)方面入手考慮[5]。

溫度過低會(huì)影響硅橡膠的憎水性，如果把硅橡膠放在溫度范圍在零下5度至零上5度之間的水中，浸泡2到8個(gè)小時(shí)，等到溫度平衡后將硅橡膠取出，它的憎水性能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)明顯的低溫臨界值，位于臨界值以下的硅橡膠的憎水性能會(huì)全部消失，表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)晶[6]。不同種類的絕緣子的臨界值各不相同，運(yùn)行的時(shí)間也各不一樣，在溫度較低的環(huán)境中，硅橡膠的憎水性會(huì)出現(xiàn)不同程度的下降，增強(qiáng)表面的親水性能。因此，技術(shù)部門需要綜合考慮環(huán)境因素以及使用的需求，判定不同地區(qū)的運(yùn)行情況以及環(huán)境情況，合理的制定硅膠的處理措施[7]。

3.2 硅橡膠的耐漏電起痕和電蝕損特點(diǎn)

硅橡膠在使用一段時(shí)間之后，它的電蝕損性能以及漏電起痕性能有可能發(fā)生改變，如果不能及時(shí)的采取合理的方法，約束硅橡膠的漏電以及電蝕損性能，就會(huì)對(duì)硅橡膠的憎水性帶來直接的影響。所以，通情況下需要把它的電蝕性能以及耐漏電性能控制在TMA4.5級(jí)上下，通過這樣的方法，一方面可以保證硅橡膠的平穩(wěn)運(yùn)行，提升運(yùn)行的安全性與可靠性，還可以保持硅橡膠表面的憎水性，為接下來的各項(xiàng)處理工作提供安全保障，能夠在一定程度上提升絕緣子的應(yīng)用效果以及實(shí)際的處理效率[8]。

3.3 硅橡膠的機(jī)械性能

在管理電力系統(tǒng)外絕緣設(shè)備的工作當(dāng)中，如要從整體提升管理的質(zhì)量與管理工作的效率，就必須要監(jiān)督硅橡膠的機(jī)械性能，選用科學(xué)的方法完善測(cè)試的全過程，以此來提高相關(guān)參數(shù)的綜合能力[9]。在不同的運(yùn)行時(shí)間的條件下，硅橡膠的撕裂強(qiáng)度也不盡相同，如果不能及時(shí)的更換不能滿足指定撕裂強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的硅橡膠，需要保證硅橡膠的伸長(zhǎng)率達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。除此之外，處于運(yùn)行狀態(tài)下的硅橡膠它的機(jī)械性能會(huì)發(fā)生變化，如果無法達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，就需要及時(shí)更換新的絕緣子。目前，我國(guó)還沒有評(píng)定與管理復(fù)合絕緣子傘套的標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著有關(guān)部門需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的管控力度，關(guān)注引起硅橡膠在運(yùn)行過程中性能降低的因素，同時(shí)關(guān)注硅橡膠自身的材料因素，以免留下潛在的安全隱患。

3.4 硅橡膠的積污特點(diǎn)

硅橡膠分子結(jié)構(gòu)特性決定了材料具有優(yōu)異的憎水性、憎水性減弱、憎水恢復(fù)性和憎水遷移性，保證液滴不在硅橡膠上形成連續(xù)的水膜，降低閃絡(luò)放電和高壓擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，因此，要按照標(biāo)準(zhǔn)化流程和應(yīng)用機(jī)制對(duì)其進(jìn)行處理，從而提升復(fù)合絕緣子積污處理水平。硅橡膠的獨(dú)特分子結(jié)構(gòu)決定了這種材料的憎水性能十分優(yōu)異，使其具有憎水性能減弱與增強(qiáng)，以及憎水性能轉(zhuǎn)移與恢復(fù)等特點(diǎn)，能夠確液滴不會(huì)在硅橡膠的表面形成不間斷的水膜，可以減小硅橡膠別高壓擊穿或者是閃絡(luò)放電等風(fēng)險(xiǎn)。所以，需要嚴(yán)格根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的步驟以及使用的機(jī)制對(duì)硅橡膠做出處理，進(jìn)而提高復(fù)合絕緣子的處理積污的能力。

4 硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用評(píng)價(jià)

若想分析硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用效果，就必須對(duì)硅橡膠的耐老化的性能做出全面的判定，從源頭上提高硅橡膠的質(zhì)量以及應(yīng)用效果，可以考慮使用抗蝕損性能或者是耐電痕化性能對(duì)硅橡膠的使用效果做出初步的評(píng)價(jià)?，F(xiàn)階段，考核硅橡膠自然老化的所需的時(shí)間比較長(zhǎng)，人工加速老化來判定硅橡膠老化情況的新的評(píng)估方法逐漸映入大眾眼簾，并得到了認(rèn)可。最常見的人工老化方法有兩種，一種是1000小時(shí)鹽霧法，另一種是5000小時(shí)紫外線老化方法，主要是考慮沿海地區(qū)或者是鹽污染地區(qū)環(huán)境因素與自然環(huán)境中受紫外線的影響，進(jìn)而評(píng)估分析并判斷硅橡膠的絕緣特性。采用斜面法對(duì)硅橡膠的老化性能做出分級(jí)評(píng)定，保證耐漏電性能和抗蝕損性能不得低于TMA4.5級(jí)，而且在這個(gè)范圍內(nèi)還需要保證試驗(yàn)品的過流中斷次數(shù)不能超過3次，不能出現(xiàn)蝕損或起痕問題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果顯示，試驗(yàn)判斷的結(jié)果符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T6553-2014的標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié)語

綜上所述，絕緣材料主要分為有機(jī)材料和無機(jī)材料，硅橡膠屬于有機(jī)材料的一種，它具有良好的防污性能，不僅可以避免發(fā)生污閃事件，降低清潔、檢測(cè)零值以及維護(hù)的工作總量，還可以有效處理變電站的污閃問題。相關(guān)工作人員需要重視掛網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)行管理的結(jié)構(gòu)，綜合考慮環(huán)境因素以及使用的需求，判定不同地區(qū)的運(yùn)行情況以及環(huán)境情況，合理的制定硅膠的處理措施，提高質(zhì)量控制的能力。

參考文獻(xiàn)

[1] 彭磊.硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用研究[J].通信電源技術(shù)，2019，36（04）：213-217.

[2] 康文斌，蒙紹新，崔浩喆，等.工頻電壓疊加諧波作用下硅橡膠絕緣的陷阱和介電特性演變規(guī)律[J/OL].高電壓技術(shù)：1-10[2019-05-24].

[3] 呂鴻，馬佳煒，楊賢，等.熱老化對(duì)220kV硅橡膠電纜接頭絕緣材料介電性能的影響[J].絕緣材料，2019，52（02）：53-57.

[4] 劉洋.硅橡膠在電力系統(tǒng)外絕緣中的應(yīng)用分析[J].中國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，2018（44）：158.

[5] 張迪.硅橡膠/SiO_2納米復(fù)合材料沿面放電特征研究[D].天津大學(xué)，2017.

[6] 林存衢，高洪英，謝家瑞.電力系統(tǒng)用復(fù)合硅橡膠產(chǎn)品偶聯(lián)工藝探究[J].化工管理，2014（36）：168.

[7] 軒勝，張友南.電力系統(tǒng)復(fù)合絕緣子用硅橡膠材料配方[J].合成橡膠工業(yè)，2012，35（04）：195-299.

[8] 張仲韜，吳衛(wèi)峰，孫建衛(wèi)，等.0.6/1kV耐火硅橡膠絕緣耐火電力電纜的研制[J].電線電纜，2012（02）：9-10.

[9] 郭儉旭.硅橡膠絕緣硅橡膠護(hù)套變頻器電力電纜的研制[J].電線電纜，2011（04）：17-19.