硅橡胶复合绝缘子在不同可溶污秽成分下的闪络特性研究

随着社会经济和汽车工业的蓬勃发展,电力系统外绝缘污秽成分逐渐趋于多样性,不同污秽对硅橡胶复合绝缘子污闪特性的影响不同,现有研究大多未对这一因素加以考虑。该文试验研究了硅橡胶绝缘子在NaCl、CaSO_4、MgSO_4、KNO_3、NaNO_3、NHNO_3、Mg(NO_3)_2、Ca(NO_3)_2 8种常见单一可溶污秽成分下的污闪特性,试验中,采用浸污法对试品进行染污,恒压升降法获取绝缘子闪络电压;根据试验结果,对可溶污秽成分对绝缘子污闪特性的影响机理进行了分析,并对其影响规律进行了探究。结果表明:硅橡胶复合绝缘子在不同可溶污秽成分下对应的污闪特性有所差异,但均可用负幂函数表征污闪梯度与等值盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)的关系;相同ESDD下,NaCl对应较低的污闪电压梯度,而CaSO_4对应较高的污闪梯度,硝酸盐的n值介于0.178~0.238之间;各可溶污秽成分阴离子对应的污闪梯度规律为Cl~-NO_3-SO_4~(2-);对于硝酸盐而言,其阳离子对应的污闪梯度大小为K~+Na~+、NH_4~+Ca~(2+);在单一易溶污秽染污情况下,硅橡胶复合绝缘子污闪梯度特征参数α与n之间满足线性负相关关系,即α可用n的线性函数进行表示,这可为工程设计减少试验次数,节约设计成本。     

复合绝缘子粉化伞裙的微观结构与憎水性的关联研究

为研究粉化硅橡胶伞裙的憎水性与其微观结构的关系,针对现场取回的3支粉化的110kV复合绝缘子,通过红外光谱、扫描电镜、能谱分析等方法开展研究。首先,利用静态接触角和喷水分级法测试样本的憎水性,粉化层表面的憎水性相比新样本略有下降,去掉表面的粉化层后,其憎水性明显下降。然后,通过红外光谱测试发现样本的主链和侧链基团(Si-O和Si-CH_3)发生了断裂,侧链甲基含量减少;扫描电镜发现去粉化层后硅橡胶表面存在大量微孔和裂纹,因而导致去粉化层后的硅橡胶伞裙表面憎水性明显降低。最后,通过能谱分析发现,粉化层中的硅含量明显高于去粉化层后硅橡胶表面和材料内部值,同时粉化层表面的粗糙度增加,说明粗糙度和硅氧烷小分子的迁移同时导致粉化层表面的憎水性优于去掉粉化层后的表面。研究结果表明,粉化与硅橡胶伞裙的憎水性关联密切,但仍需深入研究粉化复合绝缘子的运行可靠性和使用寿命。     

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。     

长波紫外照射下高温硫化硅橡胶的微观物性及憎水性研究

在高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子广泛应用于高海拔地区特高压输电的形势下,研究HTV硅橡胶老化性能日显迫切。本文采用自行设计的可调式紫外老化试验箱对HTV硅橡胶进行了紫外照射加速老化实验,照射光波长为320~750nm,通过测试样品表面静态接触角评价其憎水性及变化,并利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)以及X射线光电子能谱(XPS)等研究试样微观物性变化,进一步探讨了憎水性变化机理。研究结果表明:长波紫外照射后,HTV硅橡胶表面静态接触角下降,憎水性降低,这是由于长波紫外线切断硅氧主链两侧对称排列的Si-C键,促使侧链的非极性甲基基团发生氧化,导致其对硅氧键强极性的屏蔽作用减弱,大分子链极性增加,亲水性基团(-COOH)增加。另外,部分Si-C键断裂,生成的新自由基进一步交联和氧化,导致表面孔洞生成、填充物外露、平整度下降,这也是憎水性降低的一个重要原因。     

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.     

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。     

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。     

硅橡胶复合绝缘子运行寿命的试验研究

为评估运行中硅橡胶复合绝缘子安全寿命,提高供电可靠性,从上海电网中实际运行的线路上,选取运行年限>10a的110kV硅橡胶复合绝缘子作为试验研究样品绝缘子,通过对其表面特性及工频和冲击电压的试验研究,并辅助硅橡胶材料的微观试验,分析和探讨硅橡胶复合绝缘子运行寿命特性、电气和机械性能的综合因子老化规律,评估运行中硅橡胶复合绝缘子安全运行状态。研究结果表明:在硅橡胶材料表面特性正常的情况下,其工频和冲击电压试验的干、湿闪电压较接近并与外绝缘结构有关;当硅橡胶材料表面特性老化时,其干、湿闪络电压出现差值,表现出与材料表面特性有关。     

低温下氢氧化铝含量对硅橡胶沿闪特性的影响

在中国西北的一些高海拔地区,低温持续时间较长,硅橡胶性能改变而引起沿面闪络电压的变化对电力系统有很大影响,因此,研究低温环境对硅橡胶绝缘材料沿面闪络电压的影响以及低温下硅橡胶绝缘材料的闪络电压随温度变化的规律,了解低温下硅橡胶性能改变是否是造成绝缘子闪络事故的原因具有重要意义。为此,在低温下采用恒温试验箱对复合绝缘子用硅橡胶材料进行了低温冷冻处理,在不同温度的低温条件下采用平头板电极模拟不均匀电场,对不同Al(OH)_3含量的硅橡胶试样进行了沿面闪络电压的测定。实验结果表明:随着温度的降低,硅橡胶材料沿面闪络电压呈线性增加的趋势,其性能改变并不是造成低温下硅橡胶绝缘子闪络事故的原因。     

以硅橡胶为基的户外合成绝缘子伞盘材料的研究

本文叙述和讨论了以下三方面的实验研究结果:硅橡胶的主要添加剂Al(OH)_3及数种氧化物对耐漏电起痕性能的影响,耐蚀损试验在配方选择中的重要性及硅橡胶优良的耐气候老化性。说明硅橡胶是一种优良的户外绝缘子伞盘材料。     

霉菌染污状态下硅橡胶复合绝缘子的沿面闪络特性分析

硅橡胶复合绝缘子在湿热地区中运行其表面存在霉菌附着引起的微生物染污问题，霉菌作为一种特殊的生物污秽对硅橡胶绝缘子性能的影响尚不明确。本文对悬式绝缘子串进行霉菌染污，并在不同污秽等级下对绝缘子串沿面闪络特性进行分析，通过憎水性分析、扫描电镜以及红外光谱3种微观测试方法研究霉菌浓度对绝缘子沿面闪络特性的影响。结果表明：对于同一污秽等级的绝缘子，当存在霉菌污染时，相较于无霉菌染污的绝缘子，霉菌对硅橡胶表面结构造成破坏，导致硅橡胶憎水性显著降低，进而造成闪络电压大幅降低，与对照组相比，沿面闪络电压最低可下降至原始水平的76%；但在同一污秽等级下，霉菌浓度达到107个/cm²时，沿面闪络电压下降出现拐点，下降速度放缓并趋于饱和状态。综上，霉菌的附着行为与硅橡胶自然老化协同作用使霉菌菌丝在绝缘子表面形成微型孔洞，导致有机硅橡胶分子链断裂，降低了绝缘子的闪络电压，影响了硅橡胶绝缘子的稳定运行。     

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。     

硝酸对硅橡胶的老化作用机理研究

在硅橡胶复合绝缘子的运行过程中,硝酸的产生、渗透和老化会降低硅橡胶的性能,并影响到电网设备的安全运行.该文结合多种表征技术系统研究硝酸对硅橡胶的老化作用机理.气相色谱-质谱(GC-MS)结果表明,硅橡胶中聚二甲基硅氧烷(PDMS)在硝酸的作用下裂解,导致硅橡胶中D4～D7为主的环状硅氧烷小分子增多.硝酸溶液浸泡600h的硅橡胶内D4是未老化时的30倍,有机组分相对含量下降了9.19％.傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明,硝酸老化后硅橡胶表面Si?C键断裂并被氧化,生成无机硅氧结构Si?O3和Si?O4,导致表面C元素含量降低;同时甲基中的C?H键断裂并引入极性羟基.由试验结果可知,硝酸主要从以下两方面引起硅橡胶老化:一是H+作用于PDMS中的Si?O键,使硅橡胶中的PDMS网络结构解聚;二是强氧化性的NO3?作用于表面PDMS中的基团,导致硅橡胶表面由非极性转为极性.这些是引起硅橡胶阻隔性能及憎水性下降的主要原因.     

臭氧浓度对HTV硅橡胶材料的老化作用

为了研究电晕放电过程中所产生的臭氧对高温硫化(HTV)硅橡胶老化作用的影响,利用研制的臭氧老化试验装置,考虑臭氧浓度及作用时间等因素,对HTV硅橡胶复合绝缘子试样进行了系统的臭氧老化试验,并且对老化后的试样进行了扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)分析、憎水性和热刺激电流(TSC)测试。试验结果表明,臭氧能够导致硅橡胶材料表面缺陷增多,憎水性丧失,而且浓度越高,老化会越严重。进一步分析得出,硅橡胶材料在臭氧环境作用下,材料表面平滑、致密的物理结构被破坏,产生了孔洞等缺陷,并且当臭氧环境作用强度达到一定程度后,材料的物理结构的破坏将更为严重;同时,化学基团含量发生变化,试样中Si-O-Si结构减少,羟基和Si-O键增多,试样主链和侧链断裂。     

均压环安装错误对电场分布的影响

复合绝缘子的结构特点导致其电位分布不均匀,两端金具附近具有强电场区。某供电公司因为施工中的错误安装,导致110kV的复合绝缘子均压环安装在端部护套上,运行中发生绝缘子均压环对端部金具的放电。本文对这种错误安装均压环的110kV复合绝缘子电场进行了计算,结果表明采用错误的安装方式时,电场畸变较为严重,其最大电场远远超过了硅橡胶表面能承受的最大场强,导致出现放电烧蚀现象,强电场加速了复合绝缘子有机硅橡胶的老化。     

阵列化等离子体射流对染污硅橡胶憎水性的恢复作用

复合绝缘子的绝缘状态与输电线路的安全运行直接相关。恶劣气候环境下,积污严重的复合绝缘子表面憎水性下降甚至完全丧失。等离子体射流能够快速有效地提高染污复合绝缘子表面的憎水性。通过Ansys系列软件对起始放电前阵列化等离子体的电场分布与流场分布进行仿真,根据仿真结果进行结构优化,获得适用于大面积硅橡胶材料表面处理的阵列化等离子体射流装置;进行等离子体生成实验,测定装置基本的射流特性,并研究其对染污硅橡胶憎水性恢复的作用,获得该装置的单次有效处理面积。     

风沙环境对复合绝缘子伞裙硅橡胶性能影响研究

风沙对复合绝缘子性能的影响是一个值得关注的问题。通过对风沙影响因素的分析并结合复合绝缘子伞裙硅橡胶材料的风沙试验,系统研究了风沙对硅橡胶材料力学性能和憎水性能的影响。研究结果表明:风沙对硅橡胶有一定的磨蚀作用,会导致硅橡胶厚度略有减小,力学性能有轻微下降;风沙会导致硅橡胶伞裙的憎水性暂时下降,但是硅橡胶具有憎水迁移性能,会使伞裙表面的憎水性在短时间内重新达到较高的水平,从而减小了绝缘子污闪风险。     

硅藻土特性对复合绝缘子人工污秽试验的影响

复合绝缘子的耐污闪性能主要受硅橡胶材料的憎水性和憎水迁移特性的影响,复合绝缘子人工污秽试验中,不溶污秽的特性对硅橡胶的憎水迁移性有很大的影响,因此在复合绝缘子人工污秽试验中选用合适的不溶污秽对试验结果的可对比性具有至关重要的意义。对6种不同硅藻土在高温硫化硅橡胶(HTV)和室温硫化硅橡胶(RTV)表面进行了憎水迁移性试验,研究了不同硅藻土特性对材料憎水迁移性的影响,并进行了不同污秽类型的电镜扫描和比(BET)表面积、孔隙度的研究。试验结果表明,不同的硅藻土对硅橡胶表面憎水性的迁移速度有很大的影响,且与其微观特性有着比较好的相关性。根据试验结果对人工污秽试验所用硅藻土的特征值进行了推荐。该文的研究结果可以作为分析硅橡胶材料憎水迁移特性的参考,同时也为复合绝缘子人工污秽试验的标准制定提供了一定的依据。     

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。     

复合绝缘子HTV硅橡胶材料老化特性的研究

针对在役复合绝缘子的老化问题,笔者分别对实验室电晕老化和现场自然老化的HTV硅橡胶材料的憎水性、泄漏电流、表面微观形貌以及化学成分等特性进行了对比研究。结果表明,电晕老化与现场老化造成材料特性变化的规律呈现一致性:电晕老化造成材料憎水性下降,且提高电晕老化强度(电压和时间)则导致憎水性恢复变慢,甚至不能完全恢复;现场老化材料的憎水性随年限不断下降,由HC1级(2年)降至HC5级(15年)。老化还造成样品的表面电阻率下降,引起表面泄漏电流增加;老化造成硅橡胶材料降解,表面缺陷增加,孔洞增加并加深,甚至产生裂纹,同时生成强极性基团等,从而引起硅橡胶机械及绝缘性能不断下降。