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。     

基于FTIR的110kV复合绝缘子硅橡胶伞裙老化性能分析

为研究110k V运行复合绝缘子硅橡胶伞裙的老化状态,采用傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectrometer,FTIR)技术对来自同一厂家运行于3个不同地区的9支110k V复合绝缘子硅橡胶伞裙典型基团变化情况进行了研究。对比了不同部位、污区及运行年限硅橡胶伞裙中Si-O-Si主链及Si-CH3侧链反射率差异,结果显示导线侧伞裙、重污秽地区运行伞裙及运行年限较长伞裙的红外反射率较小,表明强电场、重污环境及长运行年限复合绝缘子硅橡胶伞裙老化较严重,硅橡胶伞裙老化状况随运行年限表现出缓慢增长-急剧增加-缓慢变化的趋势;同时运行年限对硅橡胶伞裙老化的作用相对最强,电场强度作用次之,而运行环境作用相对较弱,结合硅橡胶伞裙表面SEM测试结果对硅橡胶伞裙的老化差异进行了理论分析。     

基于核磁共振技术的复合绝缘子伞裙老化状态测量系统研制

为了实现硅橡胶复合绝缘子老化状态的无损定量检测,研制了一种基于核磁共振技术的便携式复合绝缘子伞裙老化状态测量系统,重点介绍了核磁共振传感器的优化设计以及信号测量电路的研发。该系统的现场应用结果表明,伞裙的横向弛豫时间随复合绝缘子老化程度的增加而减小,利用样品不同深度层的老化状态的差异作为绝缘子伞裙老化状态的指标,可提高测量精度。该系统可实现对复合绝缘子伞裙老化状态的无损定量评估。     

应用显微红外法的硅橡胶复合绝缘子伞裙老化深度研究

复合绝缘子在运行环境因素的综合作用下易发生老化并引发绝缘子性能劣化乃至失效,因此对绝缘子老化影响深度进行检测和评估非常必要。采用显微红外光谱技术,通过测量硅橡胶伞裙由表及里不同深度处的2960 cm-1甲基峰面积分布变化,发展了一种测量运行硅橡胶复合绝缘子老化深度的检测技术。系统讨论了显微红外光谱法的测试原理、扫描方式、边界效应影响等问题,并分别针对线扫描及面扫描模式提出了相应的老化深度计算方法。同时应用该方法测试了广东电网500kV输电线路抽检复合绝缘子低压端伞裙的老化深度,发现基本在50~85?m之间;还对500kV榕茅甲线断串复合绝缘子的故障部位伞裙的老化状态进行了研究,发现由于高压端放电现象严重,故障部位伞裙老化深度达105~141?m,为正常老化情况(35?m)的3~4倍。     

东南沿海地区复合绝缘子用硅橡胶老化特性研究

为研究东南沿海高温高湿地区在线运行复合绝缘子硅橡胶伞裙的老化特性,从东南沿海地区选取不同老化时间和生产厂家的复合绝缘子,利用喷水分级法、表观硬度法测量其宏观特性,并通过衰减全反射红外光谱、热重分析研究其微观特性。结果表明:随着老化时间的增加,复合绝缘子伞裙的憎水性逐渐变差,但对于运行16年左右出现严重粉化的绝缘子,其憎水性又显著恢复;随着老化时间的增加,复合绝缘子伞裙的表观硬度增加,且不同生产厂家的配方对硬度的影响较大。红外光谱与热重分析结果表明,硅橡胶表面的硅氧键与硅碳键发生了断裂,侧链的甲基含量减少,同时与内层硅橡胶相比,表层硅橡胶中氢氧化铝的含量增加。以硅橡胶降解为主导致的宏观特性下降是东南沿海地区复合绝缘子老化的主要原因。     

HTV硅橡胶复合绝缘子伞裙的热老化特性分析

高温硫化（HTV）硅橡胶复合绝缘子作为架空输电线路的重要组成部分,其在长时间的户外运行中出现的异常发热状态会加剧伞裙的老化,严重时会威胁到输电线路的安全运行。通过对HTV硅橡胶复合绝缘伞裙样品进行480 h的人工热空气老化试验,对样品进行邵氏硬度、水接触角、红外光谱、微观形貌及沿面闪络电压等多项性能参数的测量,分析伞裙样品的热老化特性。研究结果表明,长时间的热老化作用,会加剧伞裙的硬化,降低材料的憎水性。随着热老化时间增加,伞裙样品的老化程度增加,沿面闪络电压先增加后减小。     

海岛运行复合绝缘子伞裙力学性能及破损特征

海岛复合绝缘子运行在盐含量高、湿度高、日照辐射强烈的环境,其老化状态是令人关心的问题,开展复合绝缘子伞裙老化特征评价对于掌握硅橡胶老化状态十分重要。为此选取了在海南岛运行的39支不同电压等级、运行年限和生产厂家的复合绝缘子开展了伞裙力学性能和破损特征的测试评价,通过电子万能试验机测定了伞裙的拉伸强度和断裂伸长率,分析了运行不同年限绝缘子伞裙的力学性能特征及变化规律。结果表明:复合绝缘子不同部位伞裙的拉伸强度和断裂伸长率基本一致,不同部位处的差异不影响对伞裙力学性能的判别。外观破损伞裙与未破损伞裙力学性能存在明显的界限——破损阈值,破损拉伸强度阈值为4.4MPa,破损断裂伸长率阈值为1.1,伞裙力学性能低于破损阈值时易发生破损。随着运行年限增加,伞裙破损比例增加。随着伞裙断裂伸长率降低,伞裙拉伸强度开始变化不大,之后呈线性下降的趋势,在下降阶段伞裙容易破损。     

用于硅橡胶复合绝缘子老化检测的便携式单边磁共振传感器设计*

定量准确评估复合绝缘子老化状态对电网安全运行至关重要.设计了一款能实现复合绝缘子老化状态现场定量无损检测的便携式单边磁共振传感器.首先设计了主磁体和配套的射频线圈;然后测量了具有不同使用时间的复合绝缘子,并得到了对应氢质子的横向弛豫衰减曲线;最后利用逆拉普拉斯变换对横向弛豫衰减曲线进行后处理,得到了横向弛豫时间T2的1-D频谱分布.试验结果表明,随着硅橡胶复合绝缘子使用时间的增加,伞裙表面的T2值减小,且伞裙表面与内部的T2之差增加.使用所设计的单边磁共振传感器可以实现对硅橡胶复合绝缘子老化状态的检测.     

复合绝缘子伞裙微观特性试验分析

复合绝缘子挂网运行数量逐年递增,与瓷或玻璃绝缘子相比较,硅橡胶材料伞套更易出现老化问题,以复合绝缘子伞套材料微观特性为切入点,从伞裙红外光谱、X射线光电子能谱(XPS)、热失重、EDS、SEM五个方面对试品伞裙进行微观特性分析。试验结果表明,该批次复合绝缘子氢氧化铝填料含量较少,白炭黑填料较多、填料颗粒度较大,且伞群表明存在填料析出现象。     

测量复合绝缘子伞裙老化状态的低场核磁共振传感器

随着复合绝缘子挂网运行时间的增加,复合绝缘子的老化日趋严重。为了方便快捷地检测复合绝缘子的老化程度,文中根据复合绝缘子伞裙护套的结构特点,设计了一种U型的便携式低场核磁共振传感器。测量样品为挂网运行不同时间的硅橡胶复合绝缘子,采用CPMG脉冲序列激励,得到样品的CPMG回波衰减数据。对CPMG回波衰减数据进行双指数函数拟合分析,得到硅橡胶伞裙材料的等效横向弛豫时间参数:t2,short和t2,long。实验结果表明,硅橡胶伞裙的t2,long参数与其老化程度有很好的对应关系,具体表现为随着绝缘子老化程度的加剧,横向弛豫时间t2,long逐渐减小。     

基于FTIR的不同运行条件对复合绝缘子老化特性的影响研究

为研究现场运行复合绝缘子伞裙在不同条件下的老化状态,利用傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和硬度测试方法,分析同一厂家生产的运行于不同位置不同运行年限的多支复合绝缘子的老化特性,同时对不同电压等级的复合绝缘子进行电场分布仿真。硬度测试结果表明:处于高压端部的伞裙其上下表面的硬度都随着电压等级的提高而增加,而处于绝缘子中部的伞裙,其表面硬度则随着电压等级的升高而减小。同时发现,同一电压等级的复合绝缘子随着运行年限的增加,伞裙上下表面硬度逐渐增加。FTIR测试结果表明:对于伞裙上表面,Si-O-Si主键吸收峰随着运行年限的增加下降越严重,而下表面试样并未呈现出明确的规律性。硅橡胶复合绝缘子伞裙所处电场强度越高,FTIR红外光谱Si-O-Si和Si-CH3官能团对应特征峰下降程度就越大;对不同相别的复合绝缘子而言,B相伞裙各特征官能团对应的特征峰下降程度最小,说明B相较A、C两相老化最轻。     

挂网运行复合绝缘子伞裙性能研究

针对复合绝缘子在各种环境因素和运行应力的作用下,其外绝缘材料高温硫化硅橡胶会随着运行时间的增加出现老化的问题,对4支运行后的复合绝缘子和1支新绝缘子的伞裙材料进行了硬度、憎水性、体积电阻率、表面电阻率和电气强度的测量,以及热重分析(thermogravimetric analysis,TGA)和扫描电子显微镜(scanning electon microscope,SEM)检测。试验结果表明,复合绝缘子在长期运行后,其伞裙硬度增加,憎水性和电气强度有所减弱,表面的有机聚合物含量变少,无机残留物的含量相对增加,硅橡胶在氮气气氛中的热稳定性高于空气气氛中的热稳定性,SEM结果显示,运行10年后伞裙表面孔洞直径多小于5μm,而运行15年以上者则出现大于10μm的孔洞。     

基于微波透射法的硅橡胶老化检测试验分析

针对复合绝缘子伞裙及护套老化问题，提出基于微波透射法的硅橡胶材料老化检测方法。开展了硅橡胶人工加速老化试验，搭建了微波无损检测试验平台进行硅橡胶微波无损检测试验，分析了不同老化程度硅橡胶透射系数S₂₁的变化规律，并通过数值仿真揭示了微波透射法检测硅橡胶老化状态的机理。结果表明：硅橡胶老化后，由于介电特性的改变，透射系数S₂₁的幅值会发生改变，通过ΔS₂₁的大小可表征硅橡胶的老化程度。该研究对复合绝缘子老化状态检测具有重要意义。     

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。     

交流电晕对复合绝缘子硅橡胶伞裙憎水性的影响研究

随着复合绝缘子在电力系统的广泛应用,电晕放电对其长期运行性能的影响是一个值得关注的问题。通过构建针-板电极系统,以清洁硅橡胶试片、人工染污硅橡胶试片、运行绝缘子伞裙试样为对象,系统地研究了在强烈交流电晕作用下硅橡胶伞裙材料的憎水性丧失和恢复过程。研究结果表明:在交流电晕持续作用下,硅橡胶材料的憎水性会逐步丧失,而人工染污和自然积污状态下的硅橡胶憎水性丧失进程相对缓慢,且稳定后的静态接触角也较高,适量的污秽层有利于复合绝缘子硅橡胶伞裙抵御电晕老化。在电晕作用后,由于硅橡胶材料内憎水性小分子硅氧烷的迁移作用,无论是清洁还是积污状态,表面憎水性均能在短时间内恢复到接近初始状态。     

不同运行条件下复合绝缘子伞裙老化特性研究

为准确评价不同运行条件下复合绝缘子伞裙老化特性,评估其运行性能,分别对运行年限不同、所处地区污秽等级不同、运行环境不同的复合绝缘子进行憎水性检测和傅里叶红外光谱分析,并通过热重分析进行验证。对比不同条件下复合绝缘子伞裙的红外光谱(特征官能团吸收峰)和热重曲线差别,明确了运行年限相对较长、处于重度工业污秽地区或大风沙尘地区的复合绝缘子老化程度较高,并据此给出了复合绝缘子的运维建议。     

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。     

在运特高压复合绝缘子检测与性能分析

对四支运行了不同年限的特高压复合绝缘子进行了电气和机械参数研究,其中包括外观检测,额定机械负荷耐受试验,交流耐压试验和陡波冲击试验。同时,对特高压绝缘子伞裙进行了傅里叶光谱分析。研究结果表明,样本复合绝缘子的电气和机械性能保持良好。通过分析光谱发现,运行10年的绝缘子内外硅橡胶红外光谱有明显区别,推测是老化导致的水解造成。研究结果为特高压复合绝缘子相关运行性能的检测和研究提供了参考。     

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。     

硅橡胶绝缘子粉化层憎水性变化的研究

硅橡胶绝缘子运行后会逐渐老化,伞裙表面出现粉化层。为研究粉化层对硅橡胶绝缘子表面憎水性的影响,通过红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM)等手段对现场取回的硅橡胶绝缘子进行研究,测试硅橡胶绝缘子粉化层的微观结构和化学成分,进一步分析粉化层表面憎水性变化的原因。结果表明:绝缘子粉化层表面憎水性良好,但去掉粉化层后绝缘子表面憎水性明显下降。通过IR和SEM发现绝缘子的粉化层表面老化降解程度严重,硅橡胶材料主链上的分子键断裂,粉化层物质颗粒之间结构疏松,分子间相互作用力小,观察其微观形貌发现大量孔隙。因此水分不易附着在绝缘子伞裙表面,使运行老化后硅橡胶绝缘子表面仍具有良好的憎水性。