高寒区交流复合绝缘子积污特性

为了探索运行年限及伞型结构对高寒区复合绝缘子伞套表面积污状况的影响,文中采用等值盐密、灰密法对黑龙江地区24支复合绝缘子的积污特性展开测试,测试对象包括绝缘子大、小伞的上下表面和护套表面。结果表明,该地区绝缘子经过3年运行后,积污已经达到饱和状态。对比不同伞型结构绝缘子发现,一大两小结构的绝缘子积污最轻,一大一小结构次之,等径结构绝缘子积污最为严重。通过对每支绝缘子伞套表面不同部位盐密、灰密值进行分析发现,绝缘子伞面积污存在不均匀性,表现为:绝缘子伞裙上伞面的积污状况小于下表面;而在大伞小伞和护套之间,护套表面积污最重,小伞其次,大伞表面的积污最轻。     

基于TSC测试的硅橡胶复合绝缘子伞裙材料老化特性研究

为利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)测试手段对复合绝缘子老化特性进行评估,以现场运行复合绝缘子为研究对象,进行了TSC测试及憎水性等级喷水分级测试。初步探寻了伞裙位置、运行年限及环境污秽等级等因素对现场运行复合绝缘子伞裙材料TSC特性的影响规律。结果表明,绝缘子串上场强分布较高的位置、有较长运行年限及重污区的绝缘子,其伞裙材料的TSC曲线峰值较大,相应的陷阱电荷量也较大。对2种评估复合绝缘子伞裙材料老化的测试手段进行了对比分析,可知TSC测试结果能更加明显地区分复合绝缘子伞裙材料老化程度的不同,对于老化性能的评估更具优越性。     

严重污秽条件下复合绝缘子运行特性分析

报道了在水泥厂附近运行了 2 5年的 110kV单伞套装工艺与整体注射工艺复合绝缘子的运行积污情况和检查性试验结果 ,发现都不同程度存在蚀损和憎水性下降现象 ,单伞灌封套装的电蚀损比整体注射成型的严重。伞裙护套配方和成型工艺对复合绝缘子在严重水泥污秽状况下的运行特性有影响。     

电晕放电老化对高温硫化硅橡胶材料陷阱特性的影响

随着运行年限的增加,在役复合绝缘子的老化现象逐渐凸显,严重影响电力系统的安全。为此,首先针对在不同电晕强度(电压和时间)下老化后的高温硫化(HTV)硅橡胶试样,研究了材料表面陷阱特性、表面微观形貌(SEM)和元素特性(XPS)的变化规律,然后分析了不同年限的在役复合绝缘子伞裙材料的陷阱特性。研究表明,随着电晕电压或老化时间的增加,电子和空穴陷阱密度不断增加,最后趋向饱和水平。SEM和XPS分析结果表明,老化后材料表面出现大量孔洞等缺陷,强极性基团数量增加,分别作为物理和化学陷阱对陷阱特性产生影响。对于现场复合绝缘子伞套材料,其电子和空穴陷阱密度也呈现随运行时间增加而增长的类似规律,其中空穴陷阱密度规律性好,重复性强,有望成为一种评价复合绝缘子材料老化的新型定量表征参数。     

复合绝缘子高温硅橡胶老化现象分析及评估方法研究

复合绝缘子伞裙护套材料由高温硫化硅橡胶制造而成,硅橡胶在长期运行中的老化状态对于复合绝缘子的整体性能有着重要的影响。为了研究复合绝缘子伞裙护套材料在长期运行中的老化情况,文中对北方某地退出运行的复合绝缘子进行取样,选取典型复合绝缘子伞裙护套样品的表层和内部进行对比分析。通过傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱分析、X射线衍射分析、热失重分析等分析手段研究了高温硫化硅橡胶老化前后的有机官能团、元素比例和价态、微观形貌、微观结构等方面的变化,并采用统计学方法建立了高温硫化硅橡胶"有机成分"与其运行年限的定量关系。为复合绝缘子的寿命预测提供了一种可行的表征手段。     

复合绝缘子伞裙护套材料耐冲击力学特性研究

鸟啄复合绝缘子为输电线路的安全运行带来了严重的隐患。为进一步理解材料特性与鸟啄损伤程度之间的关系，文中基于冲击动力学理论，对复合绝缘子的伞裙护套材料的耐冲击力学特性进行了研究。建立了包含材料弹性模量、密度、泊松比、鸟嘴形状系数等相关参数的复合绝缘子鸟啄冲击模型。模型根据鸟啄速度分为弹性变形、塑性变形与流体变形3个阶段，描述了复合绝缘子伞套材料的鸟啄深度与鸟啄速度之间的关系。设计了模拟鸟啄的人工冲击试验，以硅橡胶与脂环族环氧树脂两种伞套材料为例，对比了两种材料的耐冲击特性。结果发现，硅橡胶伞套材料随冲击高度的增加，经历了弹性变形至塑性变形阶段。鸟啄冲击模型可以很好的描述硅橡胶材料所受冲击速度与冲击深度之间的关系。脂环族环氧树脂材料的冲击过程同样存在弹性、塑性变形阶段，但最终以裂纹扩展断裂形式开裂，与鸟啄冲击模型中侵入深度逐渐增加最终贯穿的过程不符，因此不适合该模型。相较于硅橡胶材料，脂环族环氧树脂伞套材料具有更好的耐冲击力学特性，更能抵御鸟啄侵害。     

±800kV直流耐张串复合绝缘子伞裙材料的老化特性

复合绝缘子因其优异的耐污闪性能和良好的技术经济性越来越多地应用于超/特高压直流输电线路。对4支±800 k V直流复合绝缘子的伞裙进行了运行特性试验研究,主要包括憎水性测试、伞裙材料测试、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)检测、傅里叶红外光谱分析(Fourier transform infrared spectroscopy analysis,FTIR)。研究结果表明:在特高压直流线路已经挂网运行5年的直流耐张串复合绝缘子的憎水性、伞裙材料性能存在不同程度的下降;电镜扫描与傅里叶红外光谱分析为评价复合绝缘子伞裙材料的老化程度提供了重要的参考。     

现场运行复合绝缘子憎水性的研究

为及时发现长期运行复合绝缘子伞裙护套材料的憎水性下降,测试了现场运行复合绝缘子的憎水性迁移、丧失和恢复特性,并利用傅立叶变换红外光谱法(FTIR)分析了伞裙材料表面成分。结果发现复合绝缘子所用生胶PDMS主链增长是其憎水性下降的原因之一。应做好复合绝缘子运行状态检测工作,以充分发挥其优异性能。     

环氧树脂基绝缘材料在悬式绝缘子上的应用

为解决硅橡胶复合绝缘子伞裙易被鸟啄伤和踩踏损伤的问题,采用力学性能和电性能优异的环氧材料制备悬式绝缘子。分析添加Al(OH)3和纳米Al2O3对环氧伞裙材料性能的影响,并与目前的硅橡胶伞裙材料进行性能对比。结果表明:Al(OH)3填料的加入能提高环氧树脂的耐电痕化性能;纳米Al2O3的加入能有效提高环氧树脂的电气强度和体积电阻率;除憎水性外,环氧伞裙材料的力学性能和电性能均优于硅橡胶伞裙材料,满足绝缘子型式试验的各项要求。但环氧绝缘子的结构设计必须考虑环氧固化物内应力释放而造成的开裂问题。     

强风沙尘环境下车顶复合绝缘子风压分布和形变特性研究

高速列车在运行过程中,车顶硅橡胶复合绝缘子伞裙在长期强风沙尘环境下存在撕裂问题。为研究车顶绝缘子在强风沙尘条件下的撕裂原因,伞裙的受力和形变特性,采用流固耦合仿真的方法,计算车顶绝缘子表面的风压分布、探讨风速和来流角度对绝缘子受力和形变特性的影响。结果表明:伞裙上下表面的风压差,形成较大合力作用于伞裙,引起伞裙形变,伞裙表面的风压差越大,伞裙形变越大。伞裙根部会出现应力集中现象。在反复外加力的作用下,伞裙根部的材料寿命明显低于伞裙的其他部位。不同来流角度下,绝缘子伞裙边缘的形变量和伞裙根部的受力明显不同。随着风速从60 m/s到100 m/s的增加,伞裙边缘最大形变量从6.442 8 mm增大到18.561 mm,伞裙根部最大应力从0.180 56 MPa增大到0.496 98 MPa。同时伞裙的结构、直径和倾角显著影响绝缘子的抗风性能。该研究成果为车顶硅橡胶复合绝缘子结构设计与优化提供参考价值。     

过冷水滴撞击复合绝缘子表面的数值模拟

为合理设计和选择适用于覆冰地区复合绝缘子伞型结构,建立了求解覆冰气象下复合绝缘子外部三维两相粘性不可压缩湍流流场的基本控制方程组,得到覆冰过程中复合绝缘子外的水滴运动轨迹,分析了复合绝缘子的水滴碰撞系数等撞击特性和气体来流速度v、水滴平均有效直径MVD、绝缘子伞裙倾角和伞裙直径等对水滴撞击复合绝缘子特性的影响。结果表明:伞裙的水滴碰撞系数E随v或MVD的增大而增大,上倾角α=7～9°、下倾角β=0的伞裙和伞径为130～145mm的伞裙水滴E最小。根据计算结果,提出了应用于覆冰地区的复合绝缘子伞裙结构:大中小伞交错排列,大中伞间由两个小伞排列组成,α取5～9°,β取0,中伞伞径取130mm。     

强风区复合绝缘子伞裙撕裂研究

复合绝缘子相关技术的研究与进步推动了我国特高压输电线路的建设和发展,对复合绝缘子的制造工艺、材料、试验方法、老化问题、机械性能、脆断、伞裙结构等方面的研究一直是高电压绝缘领域的重点。复合绝缘子的伞裙破坏问题是强风灾害下出现的新问题,无相关研究成果见诸报道,在IEC和国家标准中尚未有针对性的条项。利用风洞试验和模拟仿真,揭示强风时流体与复合绝缘子伞裙作用过程,阐释复合绝缘子伞裙的破坏机制。研究发现,在风速高于35 m/s时,试验使用的复合绝缘子伞裙将发生高频大幅振动,导致伞裙根部发生严重的应力集中,在周期循环载荷作用下,伞裙根部长期处于应力疲劳状态,伞裙根部出现微裂纹,进而扩展为深度裂纹,贯穿伞裙根部最终导致伞裙撕裂问题。     

重覆冰地区超大伞裙结构复合绝缘子的仿真及优化设计

严重覆冰时采用大小伞结构的复合绝缘子依然出现冰凌桥接现象。为防止出现冰凌桥接和覆冰闪络,开展超大伞裙结构复合绝缘子的覆冰特性研究有着重要意义。建立220 k V的超大伞裙结构复合绝缘子二维轴对称模型,并采用准静态场有限像元法进行仿真分析,对比采用不同数量的超大伞裙绝缘子在清洁和覆有干、湿冰时绝缘子的电位、电场分布。发现清洁时,超大伞裙对电位、电场分布不产生影响,在覆有干、湿冰时,超大伞裙提供的多个空气间隙,能有效改善绝缘子的电位、电场分布,特别是靠近高压端的第1个伞裙采用超大伞裙结构能改善高压端电位分布。最后结合仿真数据提出了优化后的超大伞裙结构的复合绝缘子。     

复合绝缘子表面水滴撞击特性的数值模拟与伞裙结构分析

现有复合绝缘子伞型结构易被冰凌桥接,且其冰闪特性并不优于瓷和玻璃绝缘子,为合理设计适用于覆冰地区的复合绝缘子伞型结构,该文根据流体力学的基本原理,建立了复合绝缘子外部三维流场数学模型和基于拉格朗日原理的水滴运动轨迹,分析了覆冰过程中复合绝缘子的水滴碰撞系数及其影响因素。结果表明：伞裙的水滴碰撞系数(E)随气流速度或水滴平均直径、下伞裙倾角和伞裙间距的增大而增大,随上伞裙倾角、伞裙直径及伞裙直径比的增大而减小,且伞径比的影响最明显,而伞裙间距的影响则可以忽略。根据计算结果并经试验验证,提出了优化应用于覆冰地区复合绝缘子伞裙结构的建议,即伞裙上倾角为15°、下倾角为0°,采用不等伞径的伞裙组合,相邻大伞之间可间插3个以上小伞,增大伞裙间的伞径比,相邻伞裙间距应大于30 mm。     

强风区750kV复合绝缘子伞裙破坏机制分析研究

为研究强风区复合绝缘子伞裙根部断裂故障的产生机制,进行了现场故障情况分析、材料疲劳龟裂实验、流固耦合仿真计算以及绝缘子伞裙特殊结构下的断裂问题分析。研究发现经过平均风速高于30m/s强风区的新疆750kV高压输电线路中,复合绝缘子出现大规模伞裙根部断裂故障,最严重的单根绝缘子有效爬距损失达20.4%。研究结果表明:常规绝缘子硅橡胶材料耐疲劳性能较差,在强风中绝缘子伞裙会出现大幅摆动现象,该状况导致伞裙根部承受严重的应力集中问题,长期的循环应力作用使伞裙根部材料出现疲劳裂纹,最终发展为伞裙根部断裂故障。该实验研究结果与现场故障现象吻合度较高,为进一步解决伞裙断裂故障提供了理论基础。     

基于电场仿真的淋雨状态下大直径复合支柱绝缘子伞裙参数优化

伞裙结构是影响复合支柱绝缘子雨闪电压的重要因素之一,通过伞裙结构优化可以改善绝缘子雨闪特性。为此用正交试验方法选取伞裙参数,利用有限元软件ANSYS对复合支柱绝缘子建模仿真,研究淋雨状态下伞间距、大伞伸出、大小伞伸出差对一大一小伞型绝缘子电场分布的影响,提出伞裙沿面电场、空气间隙电场作为绝缘子伞裙优化判据。结果表明:大伞伸出对沿面场强影响最大,伞间距次之,伞伸出差最小;伞间距对空气间隙场强影响最大,大伞伸出次之,伞伸出差最小。通过与试验研究对比发现以空气间隙电场为判据较为准确,为绝缘子伞裙优化试验选取合适的伞裙参数试品提供参考。     

特高压交流复合绝缘子伞裙结构的优化设计

以750kV超高压交流、1000kV特高压交流输电线路工程为背景,介绍了线路悬式复合绝缘子伞裙结构的优化设计。在对14种不同伞裙结构的复合绝缘子试品进行人工污秽闪络试验的基础上,结合前期得到的对复合绝缘子伞裙积污特性仿真分析计算结果,优化选择了悬式复合绝缘子的伞裙结构,以使它们具有较优的综合性能。人工污秽试验及计算机仿真分析的结果表明,使用优化后的伞裙结构,可使线路悬式复合绝缘子同时具有较高的污闪电压、较优的积污特性以及较好的工程应用经济性。研究结果可为750kV超高压交流、1000kV特高压交流输电工程外绝缘的设计和绝缘子的选型提供理论依据。     

复合绝缘子伞裙结构特征参数对其冰闪特性的影响

复合绝缘子伞裙结构是影响其冰闪特性的主要因素之一,由于冰棱桥接问题,选择合理的伞裙结构是确保冰区复合绝缘子运行安全的关键。本文在人工气候室模拟自然覆冰条件,研究了运行电压下复合绝缘子的覆冰特性及闪络特性。结果表明:复合绝缘子的覆冰量与伞裙结构特性、泄漏距离、覆冰水电导率等均有关,即泄漏距离和爬高比(CF系数)越大,覆冰越严重,且冰闪电压显著降低。由于泄漏距离和CF系数对复合绝缘子覆冰及其闪络电压的影响规律较为复杂,本文提出采用新的参数表征复合绝缘子的覆冰及其闪络特性,优化新的特征参数,可以获得适应于严重覆冰地区的复合绝缘子最佳伞裙结构。     

高电压直流复合绝缘子表面电荷积聚的有限元数值模拟及影响分析

空间直流电场和伞裙表面电荷静电将造成高电压直流工程用复合绝缘子伞裙表面快速并大量积聚电荷,引起绝缘子沿面电场畸变且闪络电压降低,从而导致高电压直流工程用复合绝缘子的绝缘性能和耐老化性能下降。以FXBW6-10/70型号的高电压直流输电线路用复合绝缘子为例,建立复合绝缘子二维仿真模型,采用有限元法对表面存在有电荷的高电压直流复合绝缘子进行电气特性分析,研究表面积聚电荷的正、负极性以及电荷积聚量对伞裙轴向和径向电场分布的影响规律,采用改进的电容探头测量伞裙表面积聚电荷随时间的动态变化过程,验证有限元仿真的有效性。结果表明:导线侧三交汇点处场强最大值与伞裙表面积聚的负极性电荷量呈负相关,与伞裙表面积聚的正极性电荷量呈正相关;伞裙表面积聚电荷存在由伞裙内侧逐步向伞裙边沿扩散的动态特性。     

我国复合绝缘子关键制造技术的发展与展望

为总结我国复合绝缘子的制造技术和运行经验,进一步推进复合绝缘子的技术水平,通过对近年来复合绝缘子几大关键制造技术如界面连接工艺、制造材料、端部密封、伞裙形状、均压装置的发展历程比较分析,指出我国复合绝缘子的技术水平和应用已渐趋成熟并具有较高水平,目前的主要发展方向应是系统研究复合绝缘子的可靠性,包括憎水性、机械特性和劣化特性等;针对1000kV交流和±800kV直流工程特点加强研究复合绝缘子的优化配置、伞裙形状、均压装置及运行复合绝缘子检测技术。