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。     

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。     

填充纳米粒子提高硅橡胶耐电弧性的作用机理

在硅橡胶基体中填充一定质量分数的纳米粒子是提高硅橡胶材料耐电弧性的重要方法。为此,针对填充纳米粒子提高硅橡胶耐电弧性的作用机理展开了研究,通过填充不同质量分数的氢氧化铝(ATH)和氮化硼(BN)纳米粒子,制备了不同耐电弧性的硅橡胶试样,结合扫描电子显微镜、击穿电场强度、热失重分析和导热系数等实验结果,分析讨论了填充纳米粒子提高硅橡胶耐电弧性的作用机理。结果表明:填充ATH可提高试样的耐电弧性,当ATH填充质量分数约为75%时试样的耐电弧性最优;只填充BN无法提高试样的耐电弧性;同时填充少量的BN和ATH可显著提高试样的耐电弧性,但其中BN填充质量分数最大应在25%~50%之间。分析认为,所填充的纳米粒子是从提高硅橡胶的导热性和热稳定性、自身分解吸热以及避免碳元素残留这4个方面同时作用,提高了硅橡胶材料的耐电弧性。     

硝酸渗透作用对复合绝缘子发生脆断的影响

复合绝缘子脆断是电力系统的重大安全事故,鉴于此,对护套完整的复合绝缘子发生脆断的机理进行了试验研究。对带护套的复合绝缘子芯棒进行了应力腐蚀试验,对高温硫化硅橡胶在未施加电场和施加电场条件下分别进行了硝酸渗透试验,用扫描电镜(SEM)、红外光谱分析(FTIR)等手段分析了渗透过程。试验结果显示,硝酸和拉力的共同作用可以使初始阶段护套完整的复合绝缘子发生脆断,硝酸浓度的增加、试验温度的上升会加速硝酸在硅橡胶中的渗透;未发现电场对渗透过程有显著影响;被硝酸渗透后的硅橡胶出现了氢氧化铝填料的溶出,氢氧化铝填料的用量会影响单位体积硅橡胶的增重。通过对试验结果分析,认为硝酸对硅橡胶的渗透作用是护套完整的复合绝缘子发生脆断的主要原因,渗透过程受温度、硝酸浓度以及硅橡胶内氢氧化铝填料等因素的影响。     

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。     

基于TG-DSC法的复合绝缘子硅橡胶主组分含量研究

硅橡胶复合绝缘子组分对绝缘子的质量及使用寿命具有决定性的影响,但目前电力部门缺乏有效的检测方法。采用热重分析-差示扫描量热联用技术,在系统研究硅橡胶及其主组分高温热分解规律的基础上,提出了一种根据硅橡胶在一定温度范围的热失重率推算氢氧化铝、有机硅化合物及白炭黑等稳定无机物组分含量的方法,并应用于复合绝缘子的质量控制、运行状态评估和老化失效分析。利用该方法对国内厂家系列复合绝缘子产品进行组分检测,发现总有机硅含量大多在35.9%~40.7%之间;对运行复合绝缘子伞裙进行逐层切片分析,发现硅橡胶组分随深度呈现规律性梯度变化,较好地反映了伞裙的表面老化状态;对断串复合绝缘子故障部位的组分分析结果也为事故诊断提供了较为可靠的依据。该方法有助于复合绝缘子的运维管理,也有助于保障输电线路的安全运行。     

AC/ATH体系对绝缘子用硅橡胶复合材料性能的影响

使用偶氮二甲酰胺与氢氧化铝复合，探究两者搭配使用对硅橡胶复合材料耐漏电起痕性能、力学性能及疏水性的影响。通过扫描电子显微镜、接触角测试等表征手段，讨论了二者协同提升复合材料耐漏电起痕性能的可能原因。结果表明：当单纯填充氢氧化铝时，其填充量须达到100份，硅橡胶复合材料的耐漏电起痕性能才能达1A4.5级，而使用3份偶氮二甲酰胺与80份氢氧化铝复合填充时，借助偶氮二甲酰胺分解产生的大量氮气、一氧化碳等气体的灭弧与气相阻燃作用，硅橡胶复合材料的耐漏电起痕性能即可达到1A4.5级，且较单纯填充氢氧化铝的硅橡胶复合材料具有更好的拉伸强度和疏水性，该体系有望应用于复合材料绝缘子领域。     

双组分室温硫化硅橡胶防污闪涂料的研制

研制了适合电力设备绝缘子使用的双组分室温硫化硅橡胶防污闪涂料,讨论了树脂基料、填料、助剂对涂料性能的影响,结果表明,双组分室温硫化硅橡胶涂料具有良好的耐电弧性、防污闪性和耐磨性。     

基于等离子体处理的硅橡胶憎水恢复物理模型及评价方法研究

憎水恢复性是硅橡胶复合绝缘子的特有性能,为保持电网输变电设备外绝缘水平和安全稳定运行提供了重要保障。目前,针对复合绝缘子运行放电工况下表面憎水性减弱及恢复特性,缺少快速有效的定量评估方法。该文利用等离子体处理方法模拟复合绝缘子硅橡胶在运行放电工况下憎水性减弱及恢复现象,基于小分子扩散理论和菲克第二定律建立等离子体老化后的硅橡胶表面憎水恢复的动态物理模型,并通过数学推导得出硅橡胶小分子扩散系数D的计算公式。实验发现,仅经过3min的等离子体处理,硅橡胶表面就转变为完全亲水,且小分子在硅橡胶无机硅氧层中的扩散系数D数量级为10~(-16) cm~2/s。对比等离子体法与涂污法发现,两者对同系列试样的检测结果趋势一致,具有等效性。气相色谱与质谱联用法试验结果表明,硅橡胶中无机填料氢氧化铝(aluminum hydroxide,ATH)的含量越高,硅橡胶中有机小分子总浓度就越低,当硅橡胶中ATH含量增加时,其憎水恢复性则减弱。等离子体处理法测试得到的小分子扩散系数D可用于定量评价运行复合绝缘子硅橡胶的憎水恢复性。     

复合绝缘子用硅橡胶护套长时间老化特性及其影响因素

复合绝缘子护套由有机硅橡胶材料组成,由于其直接暴露在电场、紫外、水分等多种外部环境压力下,因此将不可避免地发生老化。抽取了运行年限在3～22 a的绝缘子共计371支,对护套材料的老化特性进行了分析。首先,利用肉眼检测,内外色差,硬度法,静态接触角法、斜面法,以及拉伸法测量了硅橡胶材料的宏观老化性能,同时利用压汞法(mercury intrusion method,MIP),红外分析(Fouriertransforminfrared spectroscopy,FTIR),以及X射线光电子能谱分析(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)对老化样品的内部微观结构,官能团组分以及原子组分进行了详尽的分析。分析结果表明,绝缘子在经过多年运行后,其浅层材料的阻燃剂含量减少,材料内部物理耦合破坏严重,材料孔隙率上升,造成材料的耐漏电起痕性能下降以及吸水性能上升;同时在紫外等老化因素的作用下,材料的颜料将迅速分解而褪色;此外热氧老化过程是硅橡胶护套机械性能下降的主要原因。     

室温硫化硅橡胶防污闪涂料有机固含量的测试方法研究

为检测室温硫化硅橡胶防污闪涂料(RTV硅橡胶涂料)的基胶含量,即有机固含量,采用热失重分析、热传导分析、Fourier变换红外光谱分析、密度分析等方法,对实验室制备的RTV硅橡胶涂料样品进行检测,同时选取厂家实际产品进行验证。结果表明:上述方法可以有效地检测RTV硅橡胶涂料中基胶和填料的含量比例,其中密度的测量简便易行,可以作为现场抽检的项目,为绝缘子用常温硫化硅橡胶防污闪涂料的入网前检测提供参考。     

氢氧化铝对硅橡胶耐漏电起痕性影响规律的研究

系统研究了氢氧化铝含量及微粉粒径对硅橡胶耐漏电起痕性能的影响规律,探讨了提高该性能的机理。综合研究氢氧化铝对硅橡胶电气性能和物理机械性能的影响后,得出了氢氧化铝填料的最佳含量和粒径要求。     

氢氧化铝对硅橡胶耐漏电起痕性影响规律的研究

系统研究了氢氧化铝含量及微粉粒径对硅橡胶耐漏电起痕性能的影响规律，探讨了提高该性能的机理。综合研究氢氧化铝对硅橡胶电气性能和物理机械性能的影响后，得出了氢氧化铝填料的最佳含量和粒径要求。     

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。     

基于转轮法试验的复合绝缘子硅橡胶材料性能研究

为了研究硅橡胶复合绝缘子的耐漏电起痕和电蚀损性能,根据IEC 62217标准,建立转轮法试验台并进行30 000 r试验。试验结果表明经老化试验后的复合绝缘子憎水性下降严重甚至丧失,憎水性恢复后水平较低,介损、拉伸强度和泄漏电流均呈增大的趋势。经ATR-FTIR分析知电弧能使硅橡胶分子氧化,分子结构破坏,使Si-C键和主链断裂,并进一步解释了其老化机理。     

复合绝缘子闪络后的材料特性分析

为了探究复合绝缘子发生闪络故障后的硅橡胶材料特性,以现场运行多年并发生闪络故障的绝缘子为样品,利用紫外成像确定其损坏部位,运用Fourier红外光谱分析研究憎水性基团Si-CH3、-CH3的相对含量,并对样品进行憎水性测试、表面观察及芯棒剖析。结果表明:硅橡胶复合绝缘子发生闪络故障后,憎水性几乎丧失,表面出现粉化、硬化及龟裂现象,表层憎水性基团的相对含量下降,芯棒的制作工艺对复合绝缘子的综合性能影响较大。     

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。     

聚乙烯/氮化硼高导热复合材料的耐电弧性和介电性能

聚乙烯是一种重要的绝缘材料,但较低的热导率限制了其进一步应用。向聚乙烯基体中添加高导热无机颗粒可有效提高复合材料整体的热导率,同时会对其耐电弧性和介电性能产生影响。鉴于此,分别以微米氮化硼和微纳米混合氮化硼颗粒作为填料,制备了不同填料质量分数的两类聚乙烯/氮化硼复合材料。除了对各复合试样的热导率进行测量,还通过高压电弧起痕实验分析了各试样热导率对其耐电弧性的影响,最后对各试样的相对介电常数和交流击穿强度进行了评估。结果表明:当氮化硼填料的质量分数由0增加至40%,复合试样的热导率不断增大,耐电弧性随之增强。但是基体中填料质量分数较高时(20%),复合试样的相对介电常数明显增大、交流击穿强度显著下降。此外,基体中填料的质量分数相同时,微纳米混合氮化硼颗粒填充的复合试样具有更优异的导热性能、耐电弧性和介电性能。     

X射线对复合绝缘子内部缺陷的透照检测和诊断

复合绝缘子因其质轻耐污强度高和易维护,在中国已挂网运行近千万只,但是复合绝缘子因其特殊性,传统绝缘子的检测方法对其并不完全适用,复合绝缘子的发展亟待新型检测技术的出现。笔者运用X射线透视检测技术对复合绝缘子进行透照能力验证并得到推荐参数后,利用该参数对伞套区、芯棒区、伞套与芯棒胶结面、金具区段等4大区域的模拟缺陷进行检测,对成批的复合绝缘子进行现场检测,所获X射线成像图上复合绝缘子内部结构直观可见、缺陷类型及其位置清晰可辨、护套厚度芯棒直径等可测。研究结果可作为X射线透视检测技术对复合绝缘子进行缺陷检测以及型式检测的实践参考依据。     

NO_2对复合绝缘子硅橡胶表面结构的影响

为了研究NO_2对复合绝缘子硅橡胶表面结构的影响,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、TG-DSC综合热分析法系统研究了NO_2作用下复合绝缘子硅橡胶表面化学结构和物理结构随反应时间的变化规律。结果表明:NO2会导致硅橡胶表面有机组分聚二甲基硅氧烷(PDMS)的主链Si-O-Si断裂,侧链Si-CH_3氧化并生成少量亚硝基;同时老化过程中暴露出来的Al(OH)_3与NO_2反应生成Al(NO_3)_3,导致硅橡胶的热稳定性下降。