复合绝缘子芯棒湿热条件下劣化特性研究北大核心CSCD

近年来,复合绝缘子酥朽断裂问题引起了学术界及工业界的高度重视,但断裂原因一直莫衷一是。研究表明了复合绝缘子酥朽断裂的原因可能包括湿气侵蚀、电蚀、酸性介质腐蚀等因素。针对湿气侵蚀因素,文中研究了复合绝缘子芯棒在湿热条件下的劣化过程。首先观察了芯棒湿热作用后芯棒的宏观形貌,发现芯棒呈现发黄发白的颜色,质地变得疏松,形如腐朽的木头。随后对芯棒在高湿环境下的发热情况进行了观测,发现劣化后芯棒的温升明显高于未劣化芯棒的温升。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热失重分析(TGA)等实验分析了芯棒在湿热作用后的理化特性,发现芯棒的环氧树脂基体发生了酯基的水解反应和环氧大分子的分解反应,而玻璃纤维没有明显劣化现象但有排列错乱的情况。湿热作用后芯棒的理化特性和温升情况表明芯棒在运行条件下可能形成发热和劣化的正反馈循环。最后,将湿热劣化后的芯棒与现场酥朽断裂芯棒的宏观形貌和理化特性进行对比,揭示了湿热作用是导致复合绝缘子酥朽断裂的重要原因之一。     

绝缘子芯棒碳化对其电场分布特性的影响

针对劣化复合绝缘子容易使输电线路发生闪络、跳闸、芯棒脆断等事故,严重威胁电力系统安全运行的问题,对护套和芯棒间存在碳化通道这种劣化情况下的复合绝缘子进行研究。采用有限元法对复合绝缘子碳化芯棒周围电场进行计算分析,建立绝缘子仿真计算模型,并在实验室条件下,现场测量护套和芯棒间存在碳化通道的沿串电场分布,实验测量数据与仿真结果基本一致,验证了理论计算的正确性。研究结果表明,碳化通道会畸变绝缘子串空间电场的分布,通道距高压端越近畸变越明显;碳化通道所贯穿的绝缘子伞裙其内部的电场值有所增大。     

广东地区高温发热线路棒形复合绝缘子劣化特性

为了揭示高温发热的线路棒形复合绝缘子的劣化特性,文中对广东电网江门供电局某220 kV故障绝缘子开展了研究。观察了该支绝缘子的外观形貌,在带电状态下进行红外、紫外检测。之后进行解剖观察,采用现代材料测试方法(SEM、XPS)对比了芯棒劣化处与正常处的材料特性,使用宽频介电谱仪对比测试了劣化处与正常处芯棒短样的电气参数。试验和解剖结果发现,该绝缘子护套表面有击穿孔,加压温升严重、外部有微弱放电。内部交界面处芯棒表面劣化已经从高压端延伸至中部。材料分析表明界面处芯棒受到了严重的放电破坏,环氧树脂发生裂解,玻璃纤维有断裂和蚀损现象,存在氧化分解、酸性液体侵蚀等劣化过程。此外,劣化处芯棒的介电常数、介损角正切、电导率都有了明显的上升,造成电场进一步产生畸变,局部放电过程增强。研究表明,该类高温发热的线路棒形复合绝缘子芯棒劣化严重,并且局部放电等劣化过程较为剧烈,断裂风险极大。     

宁夏地区运行复合绝缘子自然老化特性及其影响因素分析

复合绝缘子的老化特性常通过实验室加速老化试验获得,但该方法很难模拟实际多样的复杂环境,且加速老化与自然老化的等效性有待进一步验证.本研究选取宁夏地区不同运行年限和运行环境的153支在运复合绝缘子开展多项试验,从硅橡胶材料理化特性、绝缘子电气特性和力学特性3个方面研究其自然老化规律.结果表明:运行年限、污秽度及污秽成分是影响硅橡胶材料老化的主要因素,化工污秽会加速材料老化;相同运行年限下,绝缘子电气和力学性能的劣化程度较硅橡胶材料理化特性的劣化程度低,在重污秽区运行超过15年的绝缘子芯棒还能保持较好的性能,芯棒与护套、芯棒与金具的交接处分别是绝缘子电气和力学性能的薄弱点;厂家配方和工艺是影响绝缘子自然老化的重要因素,低质量批次绝缘子可能出现集聚性性能退化.在复合绝缘子运维抽检中应重点关注重污秽区或化工污秽区运行年限长的绝缘子,并注意对同厂家批次出现性能集聚退化的在运复合绝缘子进行补充抽检.     

复合绝缘子酥朽断裂研究(二):酥朽断裂的试验模拟及预防措施讨论

复合绝缘子酥朽断裂是近年来新出现的一种复合绝缘子异常断裂现象。由2篇论文组成的系列论文旨在将复合绝缘子酥朽断裂作为一类单独的复合绝缘子机械断裂形式进行研究。针对在系列论文的第1篇中提出的酥朽断裂的主要特征和产生机理,该文设计并进行了受潮条件下的电流、放电对玻璃钢芯棒的电蚀试验,在电蚀试验中成功复现了酥朽断裂复合绝缘子玻璃钢芯棒中出现的环氧树脂的降解及劣化现象,验证了潮湿条件下的电蚀过程是导致酥朽断裂芯棒中环氧树脂基体降解的直接原因。基于对现场实际酥朽断裂复合绝缘子的分析以及酥朽断裂的试验模拟结果,文中提出提高玻璃钢芯棒中环氧树脂基体的耐电蚀性能是预防和解决复合绝缘子酥朽断裂的核心思路。对实际运行复合绝缘子的红外检测,是发现潜在的复合绝缘子酥朽断裂事故的有效手段。     

复合绝缘子酥朽断裂研究(一):酥朽断裂的主要特征、定义及判据

近年来新出现了一种不同于脆断和通常断裂的复合绝缘子异常断裂现象,笔者将其命名为复合绝缘子酥朽断裂。由2篇论文组成的系列论文旨在将复合绝缘子酥朽断裂作为一类单独的复合绝缘子机械断裂形式进行研究。该文作为系列论文的第1篇,从现场实际的酥朽断裂事故绝缘子的试验分析出发,解释了酥朽断裂命名方式中"酥"和"朽"的具体含义,归纳并提炼出复合绝缘子芯棒中环氧树脂基体的劣化、降解是酥朽断裂的主要特征,并指出酥朽断裂的初始劣化点位于硅橡胶护套与玻璃钢芯棒的界面处;酥朽断裂的产生机理为:放电、电流电蚀环氧树脂基体;受潮条件下放电产生酸性介质;酸性介质、机械应力"切割"玻璃纤维,且芯棒劣化的方向是从外向内。酥朽断裂的明确定义为:在受潮、放电、电流、酸性介质、机械应力共同作用下的复合绝缘子异常断裂现象。芯棒中环氧树脂基体的降解、劣化与否,是区别酥朽断裂与脆性断裂、通常断裂最直接的判据。     

鸟啄损伤对复合绝缘子运行性能的影响研究

复合绝缘子因其性能优越得以在电网领域广泛应用,目前由于鸟类数量增加,鸟啄复合绝缘子的情况日益严重,鸟啄后绝缘子结构遭到破坏,会造成电网线路故障,因此本文研究鸟啄损伤对复合绝缘子性能的影响,为电网运维管理提供参考。首先通过试验对复合绝缘子鸟啄后机电性能进行分析;然后通过人工模拟鸟啄伞裙损伤来研究不同受损占比、不同受损数量对复合绝缘子沿面电场强度与污闪电压的影响;最后开展复合绝缘子护套电蚀损实验、酸浸实验、热老化试验,评估护套损伤对复合绝缘子性能的影响规律。结果表明：鸟啄后复合绝缘子结构遭到破坏,其电气性能、力学性能和防污性能都受到影响,同时护套损伤后,在局部场强、水分、酸、放电产热、机械应力等诸多因素共同作用下,芯棒材料劣化降解,芯棒力学性能下降,存在复合绝缘子异常断裂的风险。     

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。     

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。     

运行复合绝缘子界面问题分析

为研究运行复合绝缘子界面问题,抽检了广东、广西和河北地区37、68和48支不同运行年限的复合绝缘子,检测其芯棒与护套界面、金具与芯棒及护套材料结合处界面及伞裙与护套界面的性能。采用统计分析法,发现大约有50%早期运行的复合绝缘子存在护套与芯棒间粘接不良;端部金具及密封胶出现不同形式的失效;广东地区83.8%的样品金具内腔和芯棒端头密封失效,河北及广西地区78%的样品劣化。采用挤包穿伞工艺的复合绝缘子伞裙与护套之间粘接均不牢靠,用手可轻易剥离,粘合胶没有弹性、较脆。针对目前标准中检测复合绝缘子界面性能方法不够灵敏的缺陷,根据实际检测需要,提出了测量水煮前后试品泄漏电流,通过泄漏电流变化来判断界面性能的方法。     

光纤布拉格光栅复合绝缘子的应力分布分析

为了最大程度地预防复合绝缘子芯棒脆断等掉串事故,采用在复合绝缘子芯棒中植入光纤布拉格光栅,实现对复合绝缘子芯棒应力的监测,从而判断复合绝缘子的运行状况.绝缘子芯棒在金具压接区部位的结构复杂,所受的应力分布不均匀,故不能直接用光纤光栅的自身应变来表征芯棒内部应变,因此先假设绝缘子芯棒和光纤光栅有相同的应变,对复合绝缘子芯...     

复合绝缘子芯棒在表面微电流作用下的水解

近年来,我国出现了若干起复合绝缘子不明原因异常断裂事故,对超、特高压输电线路的安全稳定运行提出了严峻挑战。为此,从芯棒水解导致复合绝缘子异常断裂的假设出发,进行复合绝缘子芯棒材料在表面微电流作用下的水解试验,对复合绝缘子的这种异常断裂进行了实验室模拟。试验结果表明,模拟试验中的芯棒满足这种断裂现象的4个特征:1)芯棒质地变酥,颜色发生变化,形如朽木,玻璃纤维和树脂破碎;2)在高电压作用下,芯棒机械强度发生大幅下降;3)芯棒机械强度下降过程中,表面出现放电和温升现象;4)芯棒的机械强度下降是在没有外加机械载荷的条件下发生的。经分析,将复合绝缘子芯棒的酥朽断裂起始和发展过程分为水解潜伏期、水解发生期、水解发展期、放电发展期和失效发生期共5个阶段。复合绝缘子芯棒在表面电流作用下会加速水解:流过绝缘子芯棒表面的电流及芯棒表面的放电强度从水解发生期开始逐渐增大;到失效发生期,复合绝缘子芯棒表面形成明显的碳化通道,电流急剧增大,机械强度大幅下降。     

220 kV复合绝缘子芯棒击穿故障分析

针对一起220 kV复合绝缘子芯棒击穿故障,对击穿绝缘子及同塔的其他绝缘子进行了外观检查、试验检测,综合分析了复合绝缘子芯棒击穿原因,并提出了复合绝缘子运维工作建议.结果表明,绝缘子芯棒内部粘接不良,在运行环境等综合作用下导致绝缘子芯棒开裂、击穿;建议对该地区其他厂家运行时间接近或运行时间更长的复合绝缘子进行无人机红外特巡.     

浙江省内复合绝缘子断串及芯棒击穿故障分析

复合绝缘子断串及芯棒击穿事故会对输电线路的安全稳定运行构成严重的威胁。文中对2016年以来浙江省内发生的复合绝缘子断串及芯棒击穿故障案例进行统计分析,包括故障概况、产品情况、故障形态、性能试验、故障原因以及相关建议措施等。结果表明,2016年以来浙江省内共发生8起复合绝缘子断串及芯棒击穿故障,包括6起酥朽断裂、1起脆性断裂及1起芯棒击穿。其中,脆性断裂主要为端部密封不良,外部潮气进入,并在长期高场强作用下产生的应力腐蚀所致;酥朽断裂主要为芯棒—护套粘接不良,在受潮、放电、机械应力共同作用下芯棒中环氧树脂基体降解、劣化所致;芯棒击穿为界面局部粘接不实,护套或端部密封破坏,水分沿界面或芯棒的缺陷进入内部,导致局部放电形成碳化通道,并逐渐发展为贯穿性击穿。针对上述统计故障,建议复合绝缘子采用耐应力腐蚀较好的无硼纤维耐酸芯棒,端部附件装配方式采用同轴多向压接,端部密封采用高温硫化硅橡胶注射密封,并保证芯棒—护套界面的粘接强度,同时在运维过程中加强对复合绝缘子的红外、紫外带电检测。     

玻璃纤维含量对复合绝缘子芯棒机械性能的影响

特高压复合绝缘子对于芯棒有较高的拉弯性能要求。通过对芯棒进行强度性能测试,研究了玻璃纤维纱含量对芯棒拉弯性能的影响。结果表明,当芯棒的纤维质量分数在79%～83%时,芯棒的机械性能最优。复合绝缘子中的芯棒最终按照质量分数80%左右的纤维含量进行生产,产品顺利通过了复合相间间隔棒产品定型试验。     

220kV沿海线路复合绝缘子异常发热问题原因分析

以沿海地区某220 kV运维交流线路出现较大面积复合绝缘子发热为背景,选取6支绝缘子样品进行复合绝缘子芯棒发热原因分析。对发热绝缘子及同塔的其他绝缘子进行了外观检查、试验分析,综合分析了发热原因。结果表明,绝缘子存在批次性芯棒-护套粘接不良,其中绝缘子发热位置芯棒-护套已完全脱离,芯棒-护套界面气隙受潮导致绝缘子发热。针对复合绝缘子产品使用和运维,提出了供相关运行单位参考的建议。     

复合绝缘子酸液侵蚀的脆断研究

在输电线路中,复合绝缘子的芯棒非联接部分频繁出现脆断、掉线,其中酸性介质侵入并渗透到内部芯棒,腐蚀芯棒截面,是造成复合绝缘子机械强度下降进而脆断的主要原因。建立了复合绝缘子的酸液侵蚀模型．利用ANASYS对其场强和电位进行仿真分析。分析结果表明,酸液侵蚀复合绝缘子后,金具处场强最大值比正常复合绝缘子数值大,且侵蚀部位场强畸变严重;复合绝缘子侵蚀后的电位分布比正常复合绝缘子的高．单片绝缘子承担的电压偏大,加速了绝缘子老化。     

500 kV葛双一回复合绝缘子芯棒裂断原因分析

通过对一起复合绝缘子芯棒断事故特征分析和同期运行在500kV输电线路上的复合绝缘子抽样试验,初步判断复合绝缘子芯棒断裂原因属酸蚀脆断,并据此提出防止类似事故发生的措施,即厂商应改进金具接头界面的密封工艺并注意复合绝缘子芯棒的抗蚀性能,而设计者应改进复合绝缘子的技术参数。     

架空输电线路复合绝缘子掉串原因分析及对策

文章收集了四川省电力公司范围内挂网运行复合绝缘子重要掉串事件,对芯棒脆断机理进行了深入分析,提出了早期复合绝缘子由于结构缺陷导致芯棒渗水酸化脆断的结论。并对目前四川复合绝缘子运行中存在的问题进行了分析,对今后如何做好复合绝缘子运行工作提出了建议和意见。     

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...