高压直流复合绝缘子5000 h人工加速老化试验

选取不同配方、不同工艺、不同伞形的多种复合绝缘子,在国内首次参照标准IEC61109的老化程序进行了直流5000h人工加速老化试验。直流5000h人工加速老化试验包含直流电应力、日照、高温、高湿度、重污秽等诸多因素对复合绝缘子老化性能的影响。结果表明直流5000h人工加速老化试验可以再现硅橡胶表面憎水性不断丧失与恢复的情况、不同伞型绝缘子的积污特点和表面放电路径的差异;提出了表面放电是复合绝缘子积污和憎水性丧失的主要因素,温度和光照对硅橡胶的憎水性迁移和恢复特性有较大影响。硅橡胶复合绝缘子表面的憎水性在整个5000 h综合老化试验中呈动态变化,在不同的老化因素作用下呈现出不同的憎水性。     

自然老化硅橡胶材料表面憎水性及耐受特性的研究

研究硅橡胶材料的老化特性对于复合绝缘子的设计、选型及维护具有重要意义。以经过现场投样、自然老化后的复合绝缘子伞裙压片为研究对象,详细研究了硅橡胶材料自然老化前后在憎水性迁移特性、憎水性丧失特性、憎水性恢复特性上出现的差异,另外对材料受酸碱侵蚀后表面维持憎水性的能力也进行了研究。结果表明,老化对于材料憎水性能的影响较明显,上下表面由于存在日照、雨淋、积污和冲刷等因素的差异,老化程度不同,上表面的憎水性能表现的更差一些。     

特殊工业粉尘地区复合绝缘子腐蚀失效过程研究

硅橡胶复合绝缘子因其优异的憎水性及憎水迁移性而具备较好的防污闪能力,往往作为应对污闪事故的首选方案。但在部分特殊工业粉尘地区,复合绝缘子在短时间运行后会出现爬电及蚀损现象,并发展为绝缘失效。为研究特殊工业粉尘地区复合绝缘子的腐蚀失效过程,测试了某特殊工业园区内运行的复合绝缘子的表面污秽度及污秽成分、污闪电压梯度、憎水性能及微观性能,并分析了其腐蚀失效过程。主要结论如下:绝缘子表面等值盐密为0.1~0.2 mg/cm²,其污秽成分与化工污源类似;存在自然污秽时绝缘子表面憎水性良好,但其憎水性的减弱、恢复及迁移特性均不能满足运行要求;绝缘失效的起因是电晕放电导致憎水性降低,进而导致伞裙电蚀损,最后发展为绝缘失效。     

基于泄漏电流的复合绝缘子憎水性能诊断技术

为建立基于泄漏电流特征量的复合绝缘子憎水性能诊断方法,研究了在饱和湿度情况下,污秽度和憎水性能对泄漏电流最大值、泄漏电流出现次数及累积放电量的影响,用聚类分析法对复合绝缘子的憎水性能进行诊断。结果表明:泄漏电流最大值随污秽度和憎水性等级的变大呈增加趋势,污秽度和憎水性能影响泄漏电流幅值的区间不同,污秽度主要影响泄漏电流的低幅值部分,而憎水性能主要影响泄漏电流的高幅值部分,造成这种差异的原因是污秽度和憎水性能对复合绝缘子表面电阻的影响不同;污秽度对复合绝缘子表面累积放电量的影响更明显。使用聚类分析法,选取的泄漏电流特征量能够实现对复合绝缘子憎水性能的诊断。     

复合绝缘子表面憎水性和污秽对其湿闪电压的影响

提出一种染污复合绝缘子的湿闪络试验方法，给出不同憎水性和污秽条件下复合绝缘子的干、湿闪电压，并根据试验结果对其干、湿闪机理进行了分析。试验结果表明：复合绝缘子的湿闪电压随表面憎水性的减弱而降低，干闪电压与表面憎水性无关；表面存在污秽时，绝缘子的湿闪电压较清洁表面有明显下降；其表面憎水性的不同仍然影响着复合绝缘子的湿闪电压；在不同盐密条件下，涂污的复合绝缘子湿闪电压也随表面憎水性的减弱而降低；重污秽条件下其表面憎水性较差时的湿闪电压要比憎水性良好时下降11％。     

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。     

复合绝缘子的5000h多因素试验及长期性能评价

随着特高压复合绝缘子的大规模应用和超高压复合绝缘子运行年限的不断增长,复合绝缘子的现场老化问题与长期性能评价方法成为亟待研究的问题。为此,根据对现场运行条件下硅橡胶复合绝缘子积污和憎水性变化过程的研究,在IEC多因素试验方法的基础上,加入了硅藻土污秽成分并调整了老化因素的时间安排,提出了复合绝缘子的"清华5 000h多因素试验方法"。在该试验方法下进行了5轮次的5 000h多因素老化试验后,成功模拟了复合绝缘子表面污秽积累过程和表面憎水性的丧失与恢复过程,重现了不同复合绝缘子憎水性下降、起痕与电蚀损、过流跳闸等现场老化失效模式。不同配方和配置的复合绝缘子的老化结果表明,硅橡胶复合绝缘子需要同时达到耐起痕和蚀损性能强、憎水性良好、爬电比距足够的要求,才能保证其在正常运行条件下的长期可靠性。     

紫外线老化对复合绝缘子硅橡胶憎水性的影响

硅橡胶复合绝缘子的优良耐污闪性能源自于硅橡胶材料的憎水性以及憎水迁移性。本文研究了紫外老化对硅橡胶憎水性影响以及硅橡胶表面积污后的憎水迁移性。研究结果表明：经小分子处理的硅橡胶经过2 000 h紫外线辐射后仍能够保持良好的憎水性,静态接触角仍能达到102.3°,憎水性等级为HC2级;硅橡胶上的污层在较短时间内具有了憎水性,憎水性等级能达到HC2~HC3。并对硅橡胶紫外老化机理以及憎水迁移性机理进行了分析。     

运行中110 kV复合绝缘子电气性能变化分析

复合绝缘子具有优异的耐污闪性能使其在电力系统得以广泛应用,但其使用寿命、老化等仍是各国应用复合绝缘子十分关心的问题。文章以某电网运行中的110 kV线路复合绝缘子为例,对其运行不同年份下的电气性能、积污规律等进行对比分析和研究,结果表明：随着运行时间的增加,复合绝缘子的电气特性将逐渐变差;运行中的复合绝缘子表面的盐密与灰密的堆积速度不同;自然污秽的复合绝缘子污闪电压比人工污秽的污闪电压高;运行4~8 a后的复合绝缘 子仍具有较强的耐污性能和憎水性。     

用电顾问

1复合绝缘子老化判断问:有个疑问想请贵刊解答。复合绝缘子现在广泛的运用于电力系统,复合绝缘子的老化问题一直是我们关心的焦点,那么,怎样判断复合绝缘子老化?(湖南曾云飞)答:憎水性及憎水性的迁移特性是硅橡胶复合绝缘子优异耐污损性能的主要根源,因此判断复合绝缘子外绝缘子的老化,憎水性能的好坏是一个重要的指标。根据复合绝缘子材料的特点,可以由以下方法判断:(1)接触角测量法。评估憎水性较简单的方法是测量水滴绝缘子表面的静态和动态接触角。测量静态接触角时,在材料水平面上放一水滴,对空气、水和材料交会处的倾角可用量角器、显…     

高聚物复合绝缘子憎水性能的研究

基于脂环族环氧树脂有机硅和有机氟改性及有机-无机纳微米复配填充技术制作的新型高聚物复合绝缘材料,其表面非常致密,有良好的憎水性能。实验发现憎水恢复性在72小时内即可恢复到最大值。通过傅里叶红外和X射线光电子能谱测试可知,改性后的高聚物复合绝缘材料憎水迁移性较高,是因为在其表面出现大量疏水性CH3基团。此外,实验证明高聚物材料具有优良的耐漏电起痕性能,加之其本身优秀的耐紫外性能,因此高聚物复合绝缘子可广泛应用于户外输变电设备上。     

Fractal phenomena. Dependence of hydrophobicity on surfaceappearance and structural features of SIR insulators

This paper reports the study of the dependence of hydrophobicity on the surface appearances and inherent chemical structure of the high-temperature vulcanized silicone rubber (HTVSR) insulator based on the fractal geometric principle. The fractal phenomena link the surface roughness with the hydrophobicity characteristics of silicone rubber (SIR) insulators. The rough surfaces of the insulators, no matter whether due to salt-fog aging or roughening by sandpaper, show the property of a fractal surface. According to the amount of hydrophobic material on the surface, surface roughness exerts different effects on the hydrophobicity of SIR insulators. Due to the behavior of fractal surfaces, the hydrophobicity of the appropriately roughened insulator can be enhanced, but depressed if dipped in hexane. Outdoor polymer insulating materials could be aged by environmental stresses and contaminants so that their surfaces become rough. The permanent change of surface roughness could be an indicator of aging state of the insulation material. The hydrophobicity of SIR insulators aged in salt fog in a fog chamber are investigated. During this aging, the inorganic filler and the hydrophobic groups in SIR are worn away so that the insulator surface becomes rough. The surface of the aged insulator becomes hydrophilic. After a subsequent rest, the hydrophobic polymer liquid in bulk diffuses and migrates to the insulator surface, which becomes more hydrophobic. Such a unique dependency of hydrophobicity on the surface appearance and chemical structure of SIR material is available for SIR insulator to maintain good contamination performances in outdoor applications     

电气设备带电水蒸汽清洗技术

研究了电力设备带电水蒸汽清洗技术.对复合外绝缘避雷器进行断电水蒸汽清洗,并检验水蒸汽的清洗效果.测量了水蒸汽中污秽绝缘子串闪络电压,绘制了35 kV绝缘子串闪络电压随盐密值的变化曲线.研究表明,高温水蒸汽对硅橡胶复合外绝缘有较好的清洁效果,但在清洗水蒸汽方面还应做优化研究,进一步确保绝缘子串带电水蒸汽清洗时系统的安全.     

模拟自然污秽绝缘子串的电压分布试验研究

输电线路绝缘子串电压分布受多种因素的影响,选用江西省典型污秽区110 kV在线运行XWP2–70绝缘子串作为试品,根据自然污秽的现场污秽度及分布规律,设计了5类不同污秽度的污秽绝缘子试验,并采用小球间隙法研究绝缘子串的电压分布。试验结果表明:洁净的绝缘子串电压分布主要受电容影响;污秽条件下绝缘子表面结构组成发生变化,绝缘电阻降低;在不同染污方式及污秽度的情况下,绝缘子串电压分布受电容、绝缘子表面干区和剩余污层及绝缘电阻的共同影响。该研究为改善绝缘子串的电压分布提供了指导依据。     

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。     

染污硅橡胶在不同憎水性时的污闪特性

研究了硅橡胶平板模型在不同憎水性条件下的污闪特性。试品以定量涂刷的方式染污,通过控制迁移时间,使固体污层获取不同程度的憎水性能。以污层表面的液滴面积最大值来代表污层的憎水性强度,分析污层憎水性能对平板模型的污闪电压、污层电导以及电弧发展过程的影响。随着污层憎水性能的改善,试品污闪电压逐步上升。污闪电压与液滴面积最大值存在关联,但两者间的分散性随污层憎水性能的改善而增加。污层表面水珠形态对电弧发展过程有重要影响,当污层表面水珠能形成连续水膜时,电弧通道集中且污闪电压低;当污层表面水珠呈离散分布时,放电区域分散且污闪电压高。根据污闪试验结果以及不同憎水性强度污层表面的液滴形态,将亲水性表面HC7细分为HC7A、HC7B、HC7C和HC7D四种状态。HC7B状态下,污层憎水性能虽然很微弱,但相对污层完全没有憎水性的情形(HC7C和HC7D),试品的污闪电压有明显的上升。因此,依据HC7B状态下的污闪电压设计复合绝缘子结构,可以在保证绝缘子安全裕度的同时,优化绝缘子的结构高度。     

污秽成分对复合绝缘子表面电场的影响

绝缘子表面积污是造成污闪事故的主要原因,污秽成分对绝缘子电气性能产生不同的影响。为研究污秽成分对绝缘子表面电场的影响,以青藏铁路沿线格尔木市作为绝缘子实际运行环境,构建复合绝缘子简化模型。经过仿真发现,污秽干燥时对绝缘子表面电场的影响程度由高到低的次序为CaSO₄、KNO₃、NaNO₃、K₂SO₄、NaCl、MgSO₄,主要由介质的相对介电常数决定;当污秽湿润时对绝缘子表面电场的影响程度由高到低的次序为氯化钠、硝酸盐、硫酸盐,各污液的电导率成为影响电场分布的主要因素。而憎水性的有无也会影响绝缘子的电场分布,有干燥带的绝缘子整体场强高于没有干燥带存在的绝缘子,通过仿真结果与试验结果比较得以验证。该结论从电场分布的角度解释了污秽成分对绝缘子绝缘性能的影响,为地区污秽等级划分和实验室绝缘子积污试验提供了新的思路。     

带电清洗剂对绝缘子用硅橡胶的溶胀效应及其影响研究

复合支柱绝缘绝缘子由于具有优异的防污性能,在直流换流站得到了广泛应用,但其在空间电荷和静电效应下积污严重而存在大面积污闪风险。为了评估复合支柱绝缘子带电绝缘清洗的可行性,对硅橡胶在新型绝缘清洗下的溶胀特性及其对硅橡胶的电气性能、力学性能以及憎水性的影响开展了试验分析。研究结果表明:硅橡胶溶胀随着溶胀时间的增加溶胀指数和直径增长率持续增大,浸泡时间20 min时圆形硅橡胶试样的直径增长率为4.7%、溶胀指数为6.8%。硅橡胶的复介电常数、复电容、介质损耗因素随着频率、溶胀指数增大而减小;在10-2~103Hz频域范围内硅橡胶溶胀不会造成介电性能下降。硅橡胶溶胀对憎水性和憎水迁移性无明显影响,干燥洁净硅橡胶溶胀前后接触角θ平均值在92°~98°范围内浮动,人工积污并经过憎水迁移后θ平均值在119°~128°范围内浮动。硅橡胶在发生溶胀后其力学性能小幅度下降,溶胀20 min的其断裂拉伸强度下降2%。试验结果表明硅橡胶在清洗剂中溶胀度受浸润时间影响较大,溶胀效应对憎水性、电气和力学性能影响较小,可通过采用易挥发配方或强对流措施控制清洗剂残留对硅橡胶的影响。     

大气环境对合成绝缘子的憎水性影响分析

通过模拟不同的气候条件,试验分析了大气环境中影响合成绝缘子憎水性的各种因素,结果表明:分离水珠影响了硅橡胶表面的电场分布,局部小电弧导致了硅橡胶表面憎水性能的下降;合成绝缘子的憎水性随污秽层等值盐密的升高而降低,随污秽层附着时间的增长而增强,且酸性物质对合成绝缘子憎水性的影响较碱性物质影响小;低温特别是覆冰条件下,合成绝缘子的憎水性将减弱甚至丧失;随温度的升高,小分子聚合物挥发速度加快,硅橡胶的憎水性能越强,其老化速度加快。     

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。