10 kV支柱瓷絕緣子釉面耐電蝕損試驗研究

閆 康，鄭戰(zhàn)強

（國網(wǎng)鹿泉區(qū)供電公司，河北 鹿泉 050200）

0 引言

支柱絕緣子作為外絕緣被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，像變電站、換流站和發(fā)電廠中的母線、隔離開關(guān)及10 kV 配電網(wǎng)架空線路均需用絕緣子作支撐，并使之與大地（接地物）或其他有電位差的導(dǎo)體隔離。實際運行過程中，現(xiàn)場絕緣子由于受周圍環(huán)境污染，以及高霧、高濕、低溫、雷擊等惡劣氣象條件的影響，可能會發(fā)生各種放電現(xiàn)象，使絕緣子局部出現(xiàn)劣化變質(zhì)，表面出現(xiàn)裂紋，縮短使用壽命[1-4]。支柱絕緣子不僅要滿足電氣絕緣的要求，還要滿足各種運行工況對絕緣子機械強度的要求，因此，開展支柱絕緣子的機電性能研究工作具有重要意義。

本文通過在實驗室模擬現(xiàn)場惡劣環(huán)境，利用液體污染和傾斜式樣法（簡稱斜面法），研究嚴(yán)酷環(huán)境下絕緣子釉面耐電蝕損性能，分析試品釉面破壞機理；并對電蝕一定時間后的絕緣子進行泄漏電流試驗、工頻濕閃絡(luò)電壓試驗、工頻干閃絡(luò)電壓試驗等閃絡(luò)電壓試驗，分析絕緣子的壽命損耗情況。

1 電瓷釉作用簡介

電瓷釉是覆蓋在支柱絕緣子表面的平滑玻璃質(zhì)，該玻璃質(zhì)層的厚度約為0.2～0.3 mm。電瓷釉對絕緣子的性能發(fā)揮起重要作用，主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）提高絕緣子的化學(xué)穩(wěn)定性。電瓷釉在絕緣子表面形成了致密的、不透水的玻璃薄層，使絕緣子有較高的表面硬度和抵抗外部腐蝕性氣體、液體的侵蝕能力，提高了絕緣子的化學(xué)穩(wěn)定性。

（2）提高絕緣子的強度和熱穩(wěn)定性。電瓷釉可以填充和平整瓷體表面的各種缺陷——粗糙不平、細(xì)小的孔洞、微裂紋等，改善絕緣子的表面質(zhì)量。

（3）提高絕緣子的防污穢能力。釉面的光滑和光潔賦予絕緣子較好的自潔能力，運行中不易污染，也便于運行人員對污穢表面進行清洗[5-6]。

2 試驗方案

2.1 試驗方法

本試驗使用斜面法，試驗電壓采用恒定漏電起痕電壓，GB/T 6553—2014《嚴(yán)酷環(huán)境條件下使用的電氣絕緣材料評定耐電痕化和蝕損的試驗方法》[7]推薦采用2.5 kV、3.5 kV 或4.5 kV 電壓，本試驗采用4.5 kV。

污染液通過塑料導(dǎo)流管導(dǎo)入電極，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氯化銨和0.02%的多乙氧基異新基苯乙醚溶于蒸餾水獲得，保證污液電阻率為395±5 Ω·cm，污液流速為0.6 ml/min。試驗時環(huán)境溫度為23±2 ℃。試驗接線原理示意圖見圖1，實物試驗臺如圖2所示。

2.2 試品

本試驗所用試品為某廠生產(chǎn)的新支柱絕緣子1支，參數(shù)如表1所示。

圖1 接線原理示意圖

圖2 實物試驗臺

表1 支柱絕緣子試品參數(shù)

2.3 試驗程序

試驗平臺搭建好以后，對試品進行耐電蝕損試驗，并每隔1 h拍攝1次絕緣子的放電圖像和紅外熱像。試驗每持續(xù)100 h，對試品分別進行1次泄漏電流試驗、工頻濕閃電壓試驗、工頻干閃電壓試驗，并做好試驗數(shù)據(jù)記錄。

3 試驗分析

3.1 試品電瓷釉面放電情況及破壞機理分析

3.1.1 絕緣子放電情況

升壓時拍攝的絕緣子放電情況如圖3所示。

從圖3 可以看出，當(dāng)電蝕時間比較短，在100 h時，絕緣子的表面狀況仍然良好，無漏電痕跡出現(xiàn)。此時絕緣子電弧從上電極向下電極發(fā)展，呈現(xiàn)紫色、大范圍刷形放電，升壓過程中，刷行放電基本持續(xù)進行。

隨著電蝕時間的增加，達(dá)到150 h 左右時，絕緣子表面已不如初始時光滑，局部出現(xiàn)劣變；放電現(xiàn)象也由原來的大范圍刷形放電轉(zhuǎn)變?yōu)橹辉谙码姌O牙齒的上方隨機間斷出現(xiàn)劇烈放電，從電極的一端至另一端往返持續(xù)發(fā)生。

當(dāng)電蝕達(dá)300 h 左右時，放電現(xiàn)象主要集中在下電極的中部，出現(xiàn)持續(xù)的劇烈放電，表現(xiàn)為黃色豆粒大小的熱點放電。

3.1.2 長絕緣子的紅外情況

升壓過程中用紅外熱成像儀拍攝的該絕緣子放電時的熱成像情況見圖4。

從圖4 可以看出，在電蝕150 h 時，絕緣子的表面狀況依然良好，電弧放電的最高溫度達(dá)60 ℃，最低溫度約35 ℃。

圖3 升壓時絕緣子的放電情況

當(dāng)電蝕達(dá)200 h 時，放電區(qū)域最高溫度超過了110 ℃；到700 h 時，最高溫度仍達(dá)110 ℃以上，最高溫度基本保持不變。

3.1.3 絕緣子表面狀況

圖4 紅外熱成像情況

圖5 不同時刻絕緣子的電蝕情況

升壓過程中拍攝的絕緣子表面電蝕情況如圖5所示。了硅氧四面體網(wǎng)絡(luò)的空隙中，使網(wǎng)絡(luò)空隙喪失了抵消溫度變化引起體積變化的能力。此外，堿金屬離子形成了非氧橋，其與非氧橋構(gòu)成的R-O化學(xué)鍵在受熱時振幅也較大，從而引起熱膨脹系數(shù)增大，易于產(chǎn)生微裂紋或出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象。

3.2 電氣性能分析

3.2.1 泄漏電流

試驗每持續(xù)100 h，測試1 次試品表面泄漏電流，測試前用純凈蒸餾水對試品表面進行清潔擦拭處理。測試結(jié)果見表2。

表2 不同試驗時刻的泄漏電流測試結(jié)果 μA

從表2 可以看出，各時間節(jié)點泄漏電流的變化不大，表明電蝕尚未影響到絕緣子的絕緣性能。

3.2.2 工頻閃絡(luò)電壓試驗

試驗每持續(xù)100 h，在測試完表面泄漏電流后，緊接著對試品進行閃絡(luò)電壓測試。

3.2.2.1 工頻干閃絡(luò)電壓

工頻干閃絡(luò)電壓測量結(jié)果見表3，路徑記錄見表4 。

從表3可以看出，隨著試驗時間的增加，試品絕緣子表面釉層的破壞程度越來越嚴(yán)重，陶瓷內(nèi)部形成微裂紋、吸濕性氣孔，試驗用的液體浸入內(nèi)部，造成試品絕緣性能下降，造成干閃絡(luò)電壓呈下降趨勢[8-17]。截至700 h，平均干閃絡(luò)電壓約下降了20.7%。

表3 工頻試驗干閃絡(luò)電壓測試結(jié)果 kV

表4 工頻試驗干閃絡(luò)路徑記錄 次

從表4可以看出，隨著試驗時間的增加，試品干閃絡(luò)時的路徑發(fā)生了明顯變化，閃絡(luò)路徑有趨向于電蝕區(qū)的現(xiàn)象，至700 h 時，發(fā)生在電蝕區(qū)邊緣、附近的概率為50%，通過或部分通過電蝕區(qū)的概率為40%，隨機發(fā)生的概率為10%。

3.2.2.2 工頻濕閃絡(luò)電壓

測試濕閃絡(luò)電壓前，用純凈蒸餾水對試品表面進行清潔擦拭處理，浸沒在純凈蒸餾水內(nèi)24 h后取出進行測試，結(jié)果如表5所示，閃絡(luò)路徑記錄見表6。

表5 工頻試驗濕閃絡(luò)電壓測試結(jié)果 kV

表6 工頻試驗濕閃絡(luò)路徑記錄 次

從表5可以看出，隨著試驗時間的增加，試品絕緣子表面釉層的破壞程度越來越嚴(yán)重，試品絕緣子放入水中時，由于外界水壓力作用致使水分子更容易通過開口氣孔或裂紋浸入瓷體內(nèi)部，使得更多的水分子停留在氣相中的開口孔中，形成斷續(xù)導(dǎo)電孔隙。隨著試驗時間的延長，試品的濕閃絡(luò)電壓呈下降趨勢，截至700 h，平均濕閃絡(luò)電壓下降了16.46%。

從表6可以看出，隨著試驗時間的增加，試品濕閃絡(luò)時的路徑發(fā)生了較為明顯的變化，閃絡(luò)路徑有趨向于電蝕區(qū)的現(xiàn)象，截至700 h，發(fā)生在電蝕區(qū)邊緣、附近的概率為50%，通過或部分通過電蝕區(qū)的概率為50%，隨機發(fā)生的概率為0。

3.3 結(jié)論

（1）經(jīng)過長時間電蝕破壞，試品表面釉層發(fā)生了化學(xué)變化，釉層碳化現(xiàn)象嚴(yán)重，出現(xiàn)了鼓包和微裂紋。

（2）內(nèi)部微裂紋及一系列小孔洞形成了斷斷續(xù)續(xù)的閃絡(luò)通道，造成試品絕緣子工頻干閃絡(luò)電壓和濕閃絡(luò)電壓等電氣性能明顯降低。

由于本試驗僅選取了1 支絕緣子作為研究對象，取得的數(shù)據(jù)和得出的結(jié)論不具廣泛代表性，尚需補充一定數(shù)量的樣品絕緣子開展深入研究工作，進一步提升研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語

本文使用斜面法模擬了嚴(yán)酷條件下支柱瓷絕緣子表面釉層耐電蝕損性能及長時間電蝕對試品絕緣子電氣性能的影響，試驗結(jié)果為絕緣子的運行維護提供了基本的數(shù)據(jù)支撐。需要提醒的是，在高濕、高海鹽、高污穢地區(qū)，為保證絕緣子的良好性能，更應(yīng)重視支柱瓷絕緣子的電化學(xué)腐蝕情況，定期開展巡檢及表面清掃維護工作，以延緩電化學(xué)腐蝕速度、延長絕緣子使用壽命，保障電網(wǎng)的安全、可靠運行。