合成绝缘子硅橡胶伞群材料的老化特性及其红外光谱研究

通过表面衰减全反射红外光谱法(attenuated total reflection-Fourier transform infrared spectroscopy,ATR-FTIR),研究了运行老化和试验室人工加速老化条件下硅橡胶的老化特性.人工加速老化样品分别由600h紫外老化和500h盐雾老化获得;运行老化样品抽取了安徽省内运行15年左右的部分110kV和500kV合成绝缘子.试验结果表明运行老化的合成绝缘子伞群材料出现了不同程度的老化问题,主要包括有机硅橡胶主链断裂、交联度下降以及侧链甲基减少.紫外作用600h导致硅橡胶的有机成分含量有所下降,但对于无机阻燃剂填料Al(OH)3的影响不大;盐雾作用500 h后的硅橡胶有机成分明显变化,但Al(OH)3的含量有稍许降低.以上结果,对于进一步研究合成绝缘子的老化以及抗老化优化设计具有借鉴意义,可供制造、设计及运行等部门参考.     

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。     

运行老化后硅橡胶绝缘子的性能变化

针对硅橡胶绝缘子在挂网运行中的老化现象,从憎水性、机械性能和微观形貌等方面论述运行老化后硅橡胶绝缘子的变化情况。首先使用静态接触角法测试运行老化后硅橡胶绝缘子样本的憎水性能,并测量老化硅橡胶绝缘子样本的撕裂强度和击穿电压,以及通过扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)观察其表面的微观形貌。同时通过和新硅橡胶样本的对比,分析运行中硅橡胶材料的老化对硅橡胶绝缘子应用的影响。     

硅橡胶复合绝缘子伞裙护套的老化及其判据研究

介绍了我国交流复合绝缘子运行情况,分析了绝缘子的老化问题和事故原因,对现场取下的试品进行了憎水性和硬度的测量以及老化性能的评估。认为目前复合绝缘子损坏的主要原因是早期设计、制作工艺和材料配方不成熟,真正由于硅橡胶伞裙护套老化造成的事故还不多见。大部分复合绝缘子运行10年及以上仍具有良好的憎水性,硅橡胶表面憎水性的下降和硬度的增加与运行时间并无明显关联。硅橡胶的老化是一个漫长的过程,即使出现中期老化特征,仍在一段较长时间内可以保障复合绝缘子的安全运行。认为硅橡胶的老化不应成为复合绝缘子推广使用的障碍。     

高聚物复合绝缘子紫外老化性能研究

传统高温硫化（HTV）硅橡胶复合绝缘子以其优异的憎水性和憎水迁移性,广泛应用于国内外输电线路上。但随着特高压工程的开展,越来越多的输电线路需要跨越强紫外辐射、强风沙以及鸟啄频发地区,而在这类气候恶劣地区极易造成传统HTV硅橡胶绝缘子外绝缘性能的下降以及材料的损伤。针对这一情况,采用耐紫外线、耐气候性能强,机械性能稳定的高聚物复合绝缘子与传统HTV硅橡胶绝缘子在紫外老化性能方面进行对比,旨在研究高聚物复合绝缘子在西北高原强紫外辐射地区的老化特性。研究结果表明：在短波紫外光（UVC）持续照射下,环氧材料的拉伸强度和硬度均远高于硅橡胶,具有更好的韧性,已达到防鸟啄和耐踩踏的目的,但憎水性相比较于硅橡胶材料仍略有不及,但仍满足户外运行要求。     

青藏工程直流复合绝缘子用硅橡胶耐紫外老化研究

青藏交直流联网工程位于高海拔、强紫外线的青藏高原地区,恶劣的自然环境对复合绝缘子有着更高的技术要求.针对该地区紫外辐射强度高的特点,从配方优化角度对复合绝缘子用硅橡胶进行了改进,并对改进前后的硅橡胶材料进行了2000 h紫外老化对比实验.结果表明配方优化后的硅橡胶材料在拉伸强度、拉断伸长率、体积电阻率和憎水性等机械电气性能方面均有显著提高,能够满足青藏工程的使用要求.同时根据实验结果分析了硅橡胶材料的紫外老化机理和老化时间趋势,发现紫外线是通过切断硅橡胶的侧链并发生交联反应来加速老化,而对硅橡胶主链几乎无影响.此外,在紫外老化初期硅橡胶性能下降较快,但经一段时间后变化趋于平缓.     

现场运行复合绝缘子伞裙材料的老化判断方法

有效把握复合绝缘子在运行中所表现出的老化特性,探索出老化程度的评价方法是保障复合绝缘子安全运行的关键。为此,以不同运行年限的现场运行绝缘子为试样,采用憎水性测试、Fourier变换红外光谱(FTIR)分析以及热刺激电流(TSC)测试等手段对不同绝缘子试样进行了测试分析。测试发现,TSC峰值及FTIR图中吸收峰值均会随着硅橡胶材料的老化加深而上升,但憎水性测试结果与复合绝缘子的运行条件(运行年限)没有很好的对应关系。初步研究表明,FTIR与TSC能更有效地反映硅橡胶材料性能随运行时间的变化情况,通过对比峰值及相关参数的变化可以对硅橡胶材料的老化程度进行一定的量化判断。     

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。     

湿热环境下脂环族环氧树脂绝缘子和硅橡胶复合绝缘子芯棒-护套界面老化特性研究

脂环族环氧树脂绝缘子因其优异的电气性能和良好的芯棒-护套界面粘接能力,有效地解决了早期硅橡胶体系复合绝缘子的界面问题,有望广泛应用于输电线路上。目前缺少对环氧树脂复合绝缘子和硅橡胶复合绝缘子芯棒-护套界面吸水老化特性的对比研究。该文对比了脂环族环氧树脂材料和硅橡胶材料的吸水、脱水、透水和透湿特性,并进行了水扩散试验方法,结果表明脂环族环氧树脂绝缘子具有更好的芯棒-护套界面粘接和耐老化性能。该文同时研究了氢氧化铝(alumina trihydrate,ATH)填料对环氧树脂吸水渗水特性的影响,为绝缘子用脂环族环氧树脂配方中ATH粒径和添加量的确定提供了理论支持。     

500 kV核惠线合成绝缘子异常发热原因分析

由于优越的防污闪性能,合成绝缘子被大量应用于超特高压输电线路中。本文对深圳地区一起500 k V交流复合绝缘子异常发热缺陷进行了详细的分析,通过外观检查、不同湿度下的加压试验、水扩散试验、吸水性试验以及官能团分析,确定了老化水解形成的极性基团以及侵入硅橡胶内部的水分是诱发合成绝缘子发热的主要原因,同时发热将加速硅橡胶材料的老化。试验结果还表明,在新入网复合绝缘子性能评估过程中,除交界面耐水解性能外,还应关注硅橡胶材料的饱和吸水量。     

基于高分子结晶分析方法的液体硅橡胶老化机制研究

近年来,中国的南方电网地区一些变电站SF6电压、电流互感器的液体硅橡胶绝缘护套出现龟裂老化现象,这一现象的出现会导致护套表面变白,粉化,硬度上升,受到外力后出现不可恢复的裂纹,并且憎水性和耐漏电起痕性能大大下降。对发生老化的液体硅橡胶材料进行了试验研究和分析,并选取不同老化程度的液体硅橡胶材料进行了X射线衍射分析、X射线光电子能谱分析等手段研究了其微观结构和物质组成的变化。研究发现老化后的硅橡胶表面结构和官能团发生了明显变化,Si—C键减少,C元素相对含量下降,O元素相对含量增加,体系交联度上升并且观察到了晶体结构。这一研究为液体硅橡胶绝缘护套的老化机制和老化程度的评估提供了依据,同时也为互感器伞套的修复补强以及防老化措施建立了基础。     

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。     

高海拔地区紫外辐射对硅橡胶复合绝缘子老化的影响

随着我国西部大开发以及全国范围内特高压工程的开展,硅橡胶复合绝缘子在高海拔地区得到了越来越广泛的应用,针对高海拔地区紫外辐射环境下复合绝缘子老化问题的研究也日益迫切。针对高海拔地区目照中的紫外辐射特征,本文分别采用UV-A、UV-B和UV-C三种紫外光源模拟各种典型的大气紫外辐射环境,对硅橡胶复合绝缘子进行5000h的紫外辐射,总辐射量可达36～54kJ／Cm^2,相当于高原地区5年左右的紫外辐射量,然后采用静态接触角法测量紫外辐射对硅橡胶绝缘子表面憎水性的影响,探讨了高海拔地区复合绝缘子的紫外老化过程与特征。研究结果表明：经过UV-A、UV-B、UV-C紫外辐射后,硅橡胶绝缘子均发生了一定程度的褪色现象,但并未影响材料的绝缘性能。UV-C紫外线对硅橡胶绝缘子长时间辐射后,试样硬度变大,柔顺性降低,表面静态接触角下降,憎水性部分丧失;UV-A和UV-B紫外线对绝缘子表面的硬度和憎水性影响不大．     

多种老化因素对接触网复合绝缘子憎水性及憎水恢复性的影响研究

在青藏高原等高海拔地区,复合绝缘子在强紫外辐照、异常发热等因素作用下发生老化,会导致硅橡胶憎水性下降,因此分别对两种不同的硅橡胶进行紫外、温度联合老化和热老化,测量硅橡胶表面的静态接触角以衡量其憎水性,并将紫外、温度联合老化后的硅橡胶置于150℃条件下,分析多因素老化转为单因素老化后硅橡胶的憎水恢复性.研究结果表明:紫外、温度联合老化条件下硅橡胶的憎水性下降速度为热老化条件下硅橡胶憎水性下降速度的1.5～2倍.不同紫外、温度联合老化周期下的硅橡胶在150℃条件下静态接触角的变化曲线不同,其原因是不同老化程度下产生的小分子硅氧烷浓度不同,在热老化条件下硅橡胶热裂解与小分子硅氧烷向硅橡胶表面迁移形成竞争机制,当小分子硅氧烷迁移占主导作用时,硅橡胶静态接触角增加.该研究结果可为高海拔地区的复合绝缘子运行维护提供参考.     

多种老化因素对接触网复合绝缘子憎水性及憎水恢复性的影响研究

在青藏高原等高海拔地区,复合绝缘子在强紫外辐照、异常发热等因素作用下发生老化,会导致硅橡胶憎水性下降,因此分别对两种不同的硅橡胶进行紫外、温度联合老化和热老化,测量硅橡胶表面的静态接触角以衡量其憎水性,并将紫外、温度联合老化后的硅橡胶置于150℃条件下,分析多因素老化转为单因素老化后硅橡胶的憎水恢复性.研究结果表明:紫外、温度联合老化条件下硅橡胶的憎水性下降速度为热老化条件下硅橡胶憎水性下降速度的1.5～2倍.不同紫外、温度联合老化周期下的硅橡胶在150℃条件下静态接触角的变化曲线不同,其原因是不同老化程度下产生的小分子硅氧烷浓度不同,在热老化条件下硅橡胶热裂解与小分子硅氧烷向硅橡胶表面迁移形成竞争机制,当小分子硅氧烷迁移占主导作用时,硅橡胶静态接触角增加.该研究结果可为高海拔地区的复合绝缘子运行维护提供参考.     

复合绝缘子护套受潮对端部异常温升的影响

以南方高湿度地区某500 k V交流线路复合绝缘子大面积发热事故为背景,选取7支绝缘子样品,测量表面灰密(non-soluble material deposit density,NSDD)/盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)、憎水性;在高压试验大厅悬挂绝缘子进行加压试验,利用紫外仪和红外仪进行观察,研究绝缘子的发热特性;解剖绝缘子,结合X射线光电子能谱(X ray electron energy spectrum,XPS)分析材料的理化特性,排除局部放电造成端部异常温升的可能性;做硅橡胶和芯棒样品吸水性试验,分析老化绝缘子的受潮特性;测量受潮硅橡胶的介电常数和电阻率;基于有限元分析软件Ansoft对硅橡胶受潮后的绝缘子进行仿真,研究硅橡胶受潮对电场分布的影响。得出结论:运行一段时间后,交界面良好的绝缘子在硅橡胶受潮后电场分布改变,导致护套端部电场强度升高,从而导致局部的极化损耗增加,出现局部温升。增大的电场也会影响材料的微观结构,使得材料老化加速。最后,针对复合绝缘子受潮后温升,提出防范措施。     

特殊工业粉尘地区绝缘子超疏水涂层应用效果研究

超疏水涂层具备优异的憎水性及自清洁性,因此在防污闪领域具备广阔的应用前景。为了研究超疏水涂层在特殊工业粉尘地区的应用效果,选取国内某企业提供的超疏水涂层,利用超疏水涂层绝缘子及同型号的无涂层复合绝缘子在江苏响水县开展了挂网运行测试,通过污秽度测试、憎水性测试及微观测试分析了超疏水涂层的积污性能、老化性能及涂层对硅橡胶的保护性能。结果显示,超疏水涂层绝缘子相比普通硅橡胶绝缘子,表面积污量减少约37%。尽管运行10个月后,超疏水涂层出现了老化,但涂层对内部硅橡胶材料起到了较好的保护作用,有效预防了内部材料的老化。     

基于憎水迁移性测试的复合绝缘子老化特性

憎水迁移性作为复合绝缘子状态评价和老化程度判断的关键参数,有着重要的研究意义。为此,以在我国南方地区运行多年的直流复合绝缘子为研究对象,采用静态接触角法进行了系统的憎水迁移性测试,同时应用傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析深入探究了硅橡胶材料的微观结构变化。研究结果表明:绝缘子伞裙上表面的边沿憎水迁移性最差,根部憎水迁移性最好,绝缘子不同方位的憎水迁移性也有所差异;老化最为严重的边沿褪色位置有机官能团含量大幅下降,Si元素和C元素减少、Al元素增加,并且检测出硅橡胶体系交联度的明显上升。上述憎水迁移性以及微观分析的研究结果可为直流复合绝缘子老化机制和老化程度评估提供依据。     

基于电导电流测试的硅橡胶复合绝缘子伞群材料老化特性分析

为利用电导电流测试手段探究复合绝缘子伞群材料的老化特性,以现场运行的复合绝缘子为试验对象进行研究。通过电导电流测试得到相关试样的电老化阈值,探究了伞群位置、运行年限、环境污秽及运行电压等级等因素对硅橡胶材料电导电流特性的影响规律,并利用傅里叶红外光谱技术分析了相关基团的变化情况。试验表明,绝缘子串上场强分布高的位置、运行年限较长的绝缘子及运行地区环境污秽严重的绝缘子,其伞群材料的电老化阈值较低、电导电流较大且内部陷阱数量较多;运行电压等级对绝缘子老化程度的影响较小。利用电老化阈值评估伞群试样的老化状态与傅里叶红外光谱分析结果具有高度的一致性,表明通过硅橡胶伞群材料的电导电流测试得到的电老化阈值,可以反映复合绝缘子伞群材料的老化特性。