复合绝缘子护套-芯棒界面异常老化特征及原因分析

护套-芯棒界面是复合绝缘子内绝缘的重要组成部分,与复合绝缘子的异常运行缺陷、故障密切相关。本文针对一起发热的500kV运行复合绝缘子进行深入分析,结合多种表征技术对护套-芯棒界面老化特征进行了研究。结果表明：界面处护套的老化受其所在位置电场强度的影响显著。有异常温升或放电处的硅橡胶护套和环氧玻纤芯棒粘接良好,但界面处都...     

湿热环境下水分侵入复合绝缘子压接界面路径研究

复合绝缘子是电网中的关键设备,在高湿高热的南方环境中,水分容易侵入复合绝缘子,有可能导致温升、机械破坏的事故发生。为研究湿热环境下水分侵入绝缘子压接界面的侵入路径,文中选取退役的复合绝缘子进行水煮试验和浸泡试验,并用傅里叶红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜和EDS元素分析等工具分析了未经处理的绝缘子高压端密封胶试样和经过处理的绝缘子低压端密封胶试样在空气界面、护套界面、金具界面上的老化程度。通过试验得出结论：密封胶护套试样在实际运行的过程中会和护套发生交联反应;高压端密封胶试样老化情况比低压端密封胶试样更为严重;金具界面试样老化比空气界面试样更为严重;水分侵入复合绝缘子压接界面的路径主要是通过密封胶的金具界面进入。     

湿热环境异常发热复合绝缘子电热耦合仿真分析北大核心CSCD

复合绝缘子运行中异常发热现象频发,其中老化与表面污秽是导致发热的主要原因。文中采用有限元多物理场仿真,结合实测获得的材料参数,分别建立了正常运行、湿热老化、局部涂污及整体涂污等4种典型工况下的复合绝缘子仿真模型,根据湿热老化以及表面污秽的不同发热特征,分别建立静电、电流场两种模型。通过电场计算分析发现:湿热老化后复合绝缘子沿面电场增大、界面电场降低;局部涂污复合绝缘子在涂污处电场稍微下降;整体涂污复合绝缘子由于沿面电流增大造成电场畸变严重。通过以电介质损耗为接口的耦合热场以及电流场⁃热场耦合的电热联合仿真与试验结果对比发现:正常与局部涂污复合绝缘子基本无温升;湿热老化与整体涂污复合绝缘子温升明显,但温度梯度方向相反。仿真计算所得绝缘子最大温升位置与试验结果相同,试验结果与仿真计算结果基本吻合。     

界面缺陷加速高温硫化硅橡胶在酸热环境下的老化开裂研究

高温硫化(high temperature vulcanized,HTV)硅橡胶(silicone rubber, SIR)具备优良的憎水性和抗污闪性能，并作为复合绝缘子的护套被广泛用于输电线路的绝缘装置。护套与芯棒间的界面状态是决定复合绝缘子长时间稳定运行的重要因素，而界面缺陷会严重影响复合绝缘子运行的可靠性。为此设计了含不同尺寸界面缺陷的HTV硅橡胶–环氧玻纤试样板，分别在80℃水、硫酸和硝酸溶液下进行人工老化。结果表明：经80℃硝酸溶液处理4 d后，含界面缺陷的试样表面出现大量裂纹，且随着老化时间增长其表面裂纹逐渐扩大。而无缺陷试样在相同老化条件下8 d后表面仍保持光滑。结合微观形貌结果与理化性能检测分析，裂纹是由缺陷试样的界面应力引起的。此外，经过80℃硝酸溶液处理后，含缺陷试样的拉伸性能和介电性能相比于无缺陷试样均显著下降。80℃硝酸溶液处理8 d后，试样抗拉强度和断裂应变分别从4.58 MPa和470%下降到2.07 MPa和130%。同时由于裂纹加速水分入侵导致缺陷试样在10²～10⁴ Hz的频率范围内出现了新的介电损耗峰。该研...     

复合绝缘子断裂机理分析及建议

为了提高复合绝缘子生产及运行维护水平,深入分析复合绝缘子断裂机理。通过进行吸水性、渗水性及加速老化等多种试验,分析了一起500 kV线路复合绝缘子断裂原因。结果表明,该绝缘子断裂原因是其界面区域长期存在局部放电,加剧芯棒和护套的蚀损与老化所致。同时证明了对于微观界面质量差的复合绝缘子,水分会穿过其完好的硅橡胶护套材料进入存在缺陷的交界面,引发绝缘子老化。基于分析结果,提出在生产及运行维护中预防复合绝缘子断裂的建议。     

含缺陷复合绝缘子的加速老化试验

对芯棒与护套交界面上含不同种类缺陷的复合绝缘子进行人工加速老化试验,缺陷包括人为内置的木片、铜片、部分区域脱粘等.对绝缘子样品施加逐步升高的交流电压,记录泄露电流与表面电流.同时在干燥与雾室环境下进行试验,研究缺陷类型、缺陷大小以及水分侵入对复合绝缘子老化过程的影响.加压过程中,当泄露电流超过2mA时,水煮后的含缺陷绝缘子样品的温度将会明显升高,其中缺陷端部位置的温度最高,并且护套出现蚀损孔.当护套出现蚀损孔后,芯棒将直接暴露在外部环境中,这将加速复合绝缘子的老化过程,影响复合绝缘子的长期安全运行.     

绝缘老化对电缆中间接头界面缺陷处电场分布的影响

为了研究电缆中间接头绝缘老化对交联聚乙烯/硅橡胶复合界面典型缺陷处电场分布的影响,采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆中间接头仿真模型,计算了绝缘老化前后复合界面存在导电杂质、划痕和水分3种缺陷时的电场分布,并结合仿真结果对电缆本体绝缘中水树枝的生长变化进行分析.结果表明:3种缺陷均会导致复合界面缺陷处发生明显的电场畸变,绝缘老化会造成界面处电场强度增大,同时加大缺陷对电场分布的影响.水树枝引发后末端电场畸变严重,随着水树枝的生长发展,树枝之间相互靠近的区域电场强度减小,但局部电场集中现象依然存在.     

复合绝缘子界面缺陷对电场分布特性影响的仿真研究

复合绝缘子的芯棒与护套粘接界面常常出现缺陷,畸变周围电场,影响绝缘子的电气和机械性能。为了研究不同缺陷形态下的绝缘子电场特性,文中以110 kV复合绝缘子为考察对象,应用有限元分析软件COMSOL搭建了绝缘子三维模型,对电场分布进行了仿真计算,研究了界面出现气隙、水汽等缺陷对局部电场及绝缘子整体轴向电场分布特性的影响。结果表明:气隙处电场强度相比正常情况下显著增大,场强最大值与气隙跨度、厚度正相关,与气隙长度负相关,并基于气隙等效弧柱体模型给出了理论分析,修正了等效圆柱模型的不足;水分渗入能降低气隙场强,但同时严重畸变绝缘子轴向电场;护套受潮增重会使场强线性增加,超过一定程度会引发电晕放电,导致沿面闪络等事故。     

热老化对车载高压电缆终端应力控制管/EPDM复合层间界面放电特性的影响研究

车载高压电缆终端应力控制管(以下简称“应力管”)与乙丙橡胶(EPDM)所组成的复合层间界面间频繁发生放电现象,是造成终端绝缘击穿故障的常见部位,而应力管热老化特性变化又是影响其放电发展过程的关键因素之一。为探究应力管热老化特性对复合层间界面放电特性的影响规律,依据车载高压电缆终端特殊的绝缘结构及实际运行工况,分别在热老化温度为100℃、125℃和140℃三种老化环境下设计了应力管人工加速热老化试验,通过自制了老化应力管试样/EPDM复合层间界面模型和强极性针-板电极模型,搭建复合层间界面闪络试验平台,探明了不同老化条件下应力管试样对复合层间界面起始放电电压和闪络电压的影响规律;建立了应力管表面电荷输运模型,从微观层面探明并揭示了不同老化条件下应力管表面的载流子电导率、迁移速率的变化对复合层间界面模型放电特性的影响机理。通过以上研究,间接揭示了实际电缆终端复合层间界面的放电发展过程及演变规律。     

复合绝缘子芯棒湿热老化与吸湿特性研究

为了研究湿热环境下复合绝缘子芯棒的老化与吸湿特性,首先对复合绝缘子芯棒开展湿热老化实验,然后通过扫描电子显微镜(SEM)和热刺激电流(TSC)测试分析样品的微观形貌和陷阱特性,基于称重法得到不同温度下芯棒的吸湿率随时间的变化规律,利用Fick扩散模型对实验数据进行拟合,研究芯棒的吸湿特性。结果表明:芯棒的吸湿过程符合Fick扩散模型。随着湿热老化时间的增加,芯棒表面微观形貌逐渐劣化,环氧树脂分解,出现缝隙等缺陷,陷阱密度和能级均增大,并进一步提升了材料的吸湿率与扩散系数。环境温度的提升能够抑制芯棒的吸湿进程,因此,在芯棒的生产、储存和运输过程中可适当提升环境温度,抑制材料的吸湿,从而提高复合绝缘子的性能。     

复合绝缘子内部缺陷微波致热检测方法

为了探测复合绝缘子的内部界面缺陷,文中提出一种基于微波致热的检测方法。针对电力系统中的常用设备——复合绝缘子的典型缺陷,结合电磁波理论,分析了微波在不同介电常数材料中传播特性的差异。通过有限元仿真分析,获得了含酥朽缺陷复合绝缘子在交流电压下的发热特性,并对比了微波作用下酥朽老化绝缘子与正常复合绝缘子发热特性的差异。使用实际出现朽化缺陷的芯棒样品,测试了微波加热后表面温升的特性,分析了微波入射方向、处理时间、功率对发热的影响。仿真与试验结果验证了微波致热检测绝缘子内部缺陷的有效性。通过对微波处理前后的样品开展质量监测、热失重、傅里叶红外光谱测试,分析了微波致热方法对复合绝缘子样品的劣化作用。     

复合绝缘子断裂原因分析及缺陷评价方法

为了调查南方电网中复合绝缘子在运行过程中发生断裂的原因,对交流500kV线路断裂复合绝缘子进行了外观观测、材料试验和解剖试验3方面的分析研究,结果表明该绝缘子界面粘接质量较差,芯棒与护套界面发生局部放电,造成芯棒与护套的老化与蚀损。在长期局部放电作用下,护套表面形成蚀孔,潮气进入后,加剧芯棒和护套的蚀损与老化,最终发生断裂。为评价芯棒和护套的粘接性,提出了一种新的5等级评价方法,并对该线路同批次6支绝缘子进行了分级评价。通过分级评价,可看出复合绝缘子芯棒与护套之间的粘接性与2个因素有关:绝缘子生产过程中界面的粘接质量和长期的高场强作用。     

硅橡胶复合绝缘子老化表征评估研究的现状与进展

硅橡胶复合绝缘子具有重量轻、耐污闪能力强、运输安装方便等优点,被广泛用于电力系统的外绝缘。在污秽、紫外辐射、放电、温湿度等现场复杂因素的长期作用下,复合绝缘子硅橡胶绝缘材料逐渐老化,运行可靠性显著降低,严重威胁电力系统的运行安全。如何科学表征和评估复合绝缘子的老化状况,是目前国内外业界关注的热点和难点问题。文中结合作者的研究成果,分析了复合绝缘子硅橡胶材料的老化机理,综述了目前考核复合绝缘子长期性能的模拟严酷环境试验方法以及复合绝缘子老化状态检测和评估技术的研究现状与进展,对各种老化试验及状态评估方法的适用性及有效性进行了分析,最后对复合绝缘子老化状态表征和评估技术的发展趋势进行了展望,以期能为电力部门的复合绝缘子运行维护和生产厂家的设计制造提供参考。     

110kV复合绝缘子高压侧护套开裂故障原因分析

采用宏观形貌观察、扫描电镜微观形貌观察、断口形态分析、后退角测量及傅立叶红外光谱分析等方法,分析了某在役110 kV复合绝缘子高压端护套开裂原因,阐述了护套开裂的完整过程及开裂机制。结果表明,复合绝缘子高压端护套开裂主要因为黏结质量不合格,使得高压端护套与金具的胶结层内形成气孔,在电场的长期作用下,气孔处发生局部放电,并引发金具温度升高,加速了高压端硅橡胶护套的老化;此外,裂纹位于护套变截面处,该部位应力较集中,也加速了裂纹的扩展。为了防止绝缘子护套再次开裂,提出加强对输电线路在役复合绝缘子的监督工作等建议。     

复合绝缘子芯棒与护套交界面在水和高温作用下的老化特性

复合绝缘子的芯棒与护套之间的界面老化是造成复合绝缘子故障的重要原因之一,目前缺乏针对界面老化的专项研究。为描述界面在老化过程中性能的变化特性,该文提出界面在水和高温作用下的老化模型,模型认为界面老化包括微观缺陷的形成和扩展两部分,缺陷的扩展在老化过程中占据主要地位。此外,提出一种新的基于芯棒表面形貌分析的评价指标:界面图像老化率。为验证老化模型,采用硅橡胶绝缘子和一种新型脂环族环氧树脂绝缘子进行试验。试验通过水煮使含界面样品老化,对老化样品进行泄漏电流试验及芯棒–护套剪切分离试验,以界面电流、剪切强度、界面图像老化率作为评价界面性能状态的指标。研究结果表明:界面电流、界面图像老化率两种指标在界面老化过程中的变化符合老化模型描述的S型曲线规律,界面缺陷在老化中的扩展是导致界面迅速老化的原因;剪切强度用于评价界面性能的灵敏度较其他两种指标低;界面缺陷扩展指数是界面的固有性质,可用于界面耐老化性能的评价,可应用于不同类型的复合绝缘子;新型环氧绝缘子具有更好的界面耐老化性。     

转轮法试验中复合绝缘子放电现象及泄漏电流特征分析

为明确复合绝缘子转轮法试验中放电现象及泄漏电流与其老化程度的对应关系,利用自主研制的复合绝缘子转轮老化试验装置对8支"R配方"的复合绝缘子短样进行了30 000转老化试验。通过监测老化过程中绝缘子表面放电现象及泄漏电流变化,总结出绝缘子表面放电现象及泄漏电流波形变化大致可分成均匀烘干、干带电弧、零星放电和微弱放电这4个阶段。分析了这4个阶段放电特征和泄漏电流波形特征,发现泄漏电流幅值、3次谐波和5次谐波的变化规律同绝缘子的老化程度有一定的对应关系,对辨识转轮试验中复合绝缘子表面的老化程度有一定的参考价值。     

一起1000 kV输电线路复合绝缘子蚀损缺陷问题分析

为分析一起特高压1000 kV线路复合绝缘子蚀损缺陷的原因,通过红外测试、解剖、憎水性试验、等值盐密试验、渗透性试验及水扩散试验等手段对缺陷绝缘子开展了试验分析。结果表明,蚀损位置可产生发热,其发热幅值测试结果与蚀损严重程度、测试所在位置有关。复合绝缘子蚀损位置的伞裙-护套界面均存在气隙,蚀损严重区域气隙内部存在明显的放电痕迹。由此判断蚀损缺陷由复合绝缘子伞裙-护套界面存气隙引发,界面气隙在高场强作用下引起局部放电,长期作用逐步导致电蚀区域的产生和扩展。针对蚀损原因和发热特征,提出了后续运维检修措施建议。     

交流500kV复合绝缘子内部缺陷对轴向电场分布的影响

复合绝缘子的芯棒和护套间的胶接界面贯通于绝缘子两端,是内绝缘的组成部分。一旦芯棒和护套粘接不紧密,在界面形成的间隙将畸变周围电场分布,高场强的长期作用将对芯棒机械性能造成影响。为了研究界面缺陷对电场分布的影响,以南方电网某交流500kV线路复合绝缘子断裂事故为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS建立了该断裂复合绝缘子的整体模型和子模型,计算了芯棒表面存在缺陷时的电场分布。结果表明:气隙处电场强度增大,但不足以引发局部放电。水分渗入后,缺陷尺寸足够大时电场强度将会超过空气的击穿场强,导致局部放电,进一步加速界面粘接性的劣化;护套破损后内部芯棒暴露,芯棒蚀损使得机械性能降低,最终将引发断裂掉串。     

电动车组车顶复合绝缘子内部间隙电场分析

车顶复合绝缘子芯棒和护套的界面存在气体或液体间隙时,间隙周围的电场会发生畸变。电动车组频繁的过电压会诱发局部放电,加剧内绝缘的蚀损老化。为了准确评估间隙存在对电场分布的影响,针对车顶绝缘子某次内绝缘击穿事故,基于ANSOFT MAXWELL建立了电动车组母线支持绝缘子的多参数三维有限元模型。分析了存在气体、液体间隙时绝缘子内部电场,同时研究了间隙的尺寸、位置对电场分布的影响。结果表明:绝缘子内部出现气体间隙时,电场强度最大可能提升至无气隙时的2.65倍,进而引发强烈的局部放电;液体间隙内部导电离子浓度较大,电导率达到10-5 S/m时,间隙外部承受的电场强度可能达到49.3 kV/cm;间隙越长或离高压端金具的距离越短,绝缘子内绝缘受到的破坏越重,距离小于5 mm时更为明显。     

基于太赫兹波的复合绝缘子界面检测研究

复合绝缘子的交界面缺陷问题严重威胁着电网的安全运行。为了有效评估复合绝缘子的界面性能,研究基于太赫兹波的无损检测方法。首先理论分析了太赫兹反射波在不同性能界面中的传播过程。测试界面气隙、蚀损缺陷情形的太赫兹反射波,分析太赫兹波在含缺陷界面中的反射传播特性。针对气隙缺陷,提出通过太赫兹波形特征比对的定量检测方法;针对蚀损缺陷,提出基于波形差值的成像检测方法。根据太赫兹波形特征信息,可对界面气隙和蚀损缺陷进行分类诊断。对实际缺陷的测试表明,太赫兹时域反射波在复合绝缘子界面缺陷检测中具有较高的应用价值。