不同湿度和观测距离下酥朽复合绝缘子的温升特性研究

针对500 kV酥朽劣化复合绝缘子在干燥、55%、75%、95%环境湿度以及3、5、7 m观测距离下开展红外温升试验,研究不同湿度和观测距离下酥朽复合绝缘子的温升特性。结果表明：酥朽复合绝缘子的温升随环境湿度的增大整体上呈增大趋势,相较于在干燥环境下,在湿度为95%环境下其温升提高了22%～40%,且在湿度一定的情况下,温升随观测距离的增大而减小。通过酥朽复合绝缘子轴线上的温升分布曲线特征可以判断芯棒酥朽劣化段长度,实现酥朽绝缘子酥朽段长度的无损检测。     

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。     

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。     

湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制研究

湿热环境下,含界面缺陷的复合绝缘子更易发生酥朽断裂、界面击穿等严重事故。目前湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制尚未明确。本文对含有不同界面缺陷的复合绝缘子短样进行湿热老化,对比吸潮与干燥状态下各试样的温升与放电结果,然后通过解剖观察、微观形貌观察及表面元素与官能团变化分析,研究湿热环境对含界面缺陷复合绝缘子性能的影响。结果表明：绝缘子界面缺陷在湿热作用下会加速绝缘子的老化进程,扩大为界面失效,界面处局部放电与水分杂质的极化损耗会引发异常发热故障,其中金属缺陷引发的温升明显高于其他类型缺陷;随着界面缺陷逐步扩大,环氧树脂由界面向内部发生氧化分解,玻璃纤维大量裸露,进而发生劣化。     

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。     

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。     

复合绝缘子脆性断裂与酥朽断裂差异性研究北大核心CSCD

为了深入地研究复合绝缘子的酥朽断裂,获得其与脆断的异同,文中对现场酥断故障复合绝缘子进行了外观形貌检查、扫描电镜分析、傅里叶光谱分析以及X射线扫描分析,并且将结果与脆断绝缘子进行了相应地对比分析。分析表明:酥朽绝缘子断口颜色不再正常,芯棒变软劣化,脆断端口颜色正常;与脆断相比,酥朽样品的电镜结果出现了树脂的气泡现象,纤维丝裸露更严重;元素分析表明,两者都受到了硝酸入侵,都出现了芯棒的水解,但酥朽时更严重。基于实验结果,对两者的断裂机理进行了总结分析,得出放电与酸是造成这类故障的共同因素。     

复合绝缘子芯棒断裂研究现状

在电力系统中复合绝缘子芯棒承担全部机械负荷,故一旦发生芯棒断裂事故就会产生严重的后果。根据当前国内外对复合绝缘子芯棒断裂的研究情况,可将复合绝缘子断裂类型分为3类:普通形式断裂、脆性断裂和酥朽断裂;本文重点阐述了国内外对芯棒脆性断裂、酥朽断裂的研究过程、发生机理以及防护措施。同时根据研究现状提出一些亟待解决的问题,为今后的研究提供参考。     

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。     

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。     

一起500 kV线路复合绝缘子发热缺陷分析

复合绝缘子发热缺陷会对输电线路的安全稳定运行构成严重威胁。针对一起500 k V线路复合绝缘子发热事件，对该线路两种型号的发热绝缘子进行了外观检查、红外检测、解剖检查、憎水性试验、渗透性试验、水扩散试验、密封性试验，分析了复合绝缘子发热的缺陷及发热原因。结果表明：两种型号发热绝缘子均存在芯棒-护套粘接不良缺陷，同时水扩散泄漏电流幅值超过标准值，该缺陷是导致绝缘子芯棒酥朽并发热的原因。针对该缺陷提出了运行维护建议。     

复合绝缘子酥朽发热老化的原因分析

为探究500 kV陕瀛线复合绝缘子异常发热的原因,采集故障绝缘子样本进行了红外和紫外检测、解剖分析、电镜扫描、X射线能谱分析等试验,结果表明,陕瀛线复合绝缘子异常发热故障是酥朽老化引起;酥朽老化是绝缘子的内部蚀损导致,其直接表现特征为局部发热,红外精确定位是早期发现此类故障的有效办法;酥朽老化的形成过程与复合绝缘子内部缺陷引起的局部放电有关,局放引起发热,伴随环氧树脂化学裂解,玻璃纤维表面蚀损,硝酸根离子产生等特征,导致绝缘子机械强度下降。     

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。     

基于不同发热特征的复合绝缘子老化原因分析

红外温升检测是筛查故障复合绝缘子的有效手段，但导致复合绝缘子异常发热的原因多种多样，并不是所有原因都会演变为恶性故障，因此区分不同原因引起的异常发热对电网安全稳定经济运行尤为重要。本文对两支存在不同发热特征的220 kV退运复合绝缘子进行扫描电镜、傅里叶红外光谱等理化特性研究，同时对其介电性能进行分析。结果表明：造成不同异常温升现象的原因不同，其中发热部位集中在高压端端部、温升值低于5℃的复合绝缘子，其发热处芯棒的环氧树脂无明显降解现象，介电常数和介质损耗因数也无明显增加，而其护套出现孔洞和较浅的微裂纹，介电常数和介质损耗因数随湿度的增加而增加；发热部位延伸至多片伞裙、温升值达到40℃的复合绝缘子，其芯棒的环氧树脂有明显降解现象，介电常数和介质损耗因数分别为正常部位的3.67倍和79.4倍。     

高压复合绝缘子用GFRP材料吸湿特性及湿应力分布数值模拟

在我国南方长期高温高湿环境下,外界水分逐渐侵入复合绝缘子芯棒内部,会造成芯棒酥朽劣化甚至会使整支绝缘子断裂,因此准确模拟及分析水分入侵过程对于解决此类问题至关重要。该文仿真计算外界环境温度分别为10℃、20℃和30℃,相对湿度为90%下高压复合绝缘子用玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）材料的瞬态吸湿扩散过程及材料内部的湿应力变化情况。结果显示,水分在GFRP材料内部的扩散过程满足Fick定律,且吸湿扩散率和饱和吸湿率均随环境温度的升高而有所增大;在GFRP材料内部纤维分布密集处和纤维-基体界面处存在较大的湿应力和湿失配应力,且其与吸湿量正相关。当饱和吸湿率在0.008%～0.4%时,材料内部最大湿应力可达到48.07～66.06MPa。进一步研究分析得出,材料内部吸湿和脱湿周期性循环且湿应力水平较高的情况下,易产生微裂纹、微孔洞、纤维-基体界面脱粘开裂等缺陷,并进一步促进材料的吸湿。该文将计算值与已有文献中的试验值进行比较,相对误差在±5%以内,验证了模型的合理性和计算结果的正确性。研究结论对揭示复合绝缘子芯棒酥朽断裂机理、提高复合绝缘子使用寿命具有重要的参考价值。     

一起220kV复合绝缘子芯棒断裂事故分析

复合绝缘子芯棒断裂事故会对输电线路的安全稳定运行构成严重的威胁。结合某220 kV线路复合绝缘子芯棒断裂事故,对断裂绝缘子及同批次产品进行了外观检查、性能试验、解剖检查、材料试验,分析了绝缘子芯棒断裂的原因及机理。结果表明:该绝缘子端部结构存在缺陷及密封性能不良的问题,导致芯棒玻璃纤维受到酸液侵蚀,逐渐产生应力腐蚀过程,在弱酸腐蚀及应力的共同作用下机械性能不断降低,最终整支芯棒发生断裂。针对芯棒脆断现象和长期机械性能不佳的问题,建议将复合绝缘子端部金具楔式结构逐批更换为压接式结构,并加强端部金具及护套的密封,以及采用无硼纤维耐酸芯棒。     

异常发热复合绝缘子温升的影响因素研究

对异常发热复合绝缘子在不同环境湿度、温度、风速以及电场强度作用下的温升进行测试。新绝缘子在不同温湿度条件下几乎不出现温升,伞 套材料劣化复合绝缘子的温升随环境湿度的上升而升高,随着风速的提高而减小,随均压环屏蔽深度的增大而减小。材料劣化为复合绝缘子出现异常 发热的前提。环境温湿度通过影响材料在交变电场下极化损耗所产生的发热能量以及绝缘子的散热条件,从而影响绝缘子的温升。风速将影响绝缘子 的散热条件。电场强度的变化将直接影响材料极化损耗所引起的发热能量,均压环对高压端场强的削减作用将有效抑制绝缘子的温升。     

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。     

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。     

酸性渗入绝缘子对场强分布的影响

因复合绝缘子在输电线路正常运行中,芯棒非联接部分出现脆断掉线,其中酸性介质的侵入、渗透到内部芯棒,腐蚀芯棒截面及伞裙,是造成复合绝缘子机械强度下降而脆断的主要原因。本文通过建立复合绝缘子的酸液侵蚀模型,利用ANSYS对其场强进行仿真分析。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要大,且侵蚀部位场强畸变严重;结论为芯棒脆断、伞裙脆化原因提供一定理论性指导与诠释。