芯棒快速老化导致的500 kV输电线路复合绝缘子芯棒断裂故障分析

为了分析一起运行12年的500 kV输电线路复合绝缘子断裂故障,对故障绝缘子和同塔非故障绝缘子进行试验分析,解剖检查整支绝缘子,开展伞裙憎水性分级、硬度试验和芯棒应力腐蚀、染料渗透试验、带护套水扩散试验,并对芯棒材料进行了显微形貌观察和微区成分分析。故障相绝缘子高压端护套穿孔开裂、芯棒材料严重老化,伞裙试验表明,虽然硅橡胶表面存在粉化老化现象,但憎水性和硬度仍符合运行标准,应力腐蚀试验显示故障相和非故障相芯棒均为耐酸芯棒,染料渗透验、带护套水扩散试验表明故障相绝缘子高压端存在芯棒材料劣化和界面粘接失效,进一步的显微形貌分析显示芯棒材料中的环氧树脂基体分解、玻璃纤维老化受损严重,芯棒材料存在明显快速老化现象。护套与芯棒间界面失效是导致芯棒材料快速老化的主要原因,高压端局部放电导致环氧树脂基体加速劣化,失去对玻璃纤维包裹保护作用,劣化通道沿芯棒玻璃纤维和环氧树脂基体的薄弱界面发展,造成护套击穿,加速芯棒材料的老化,最终导致芯棒断裂故障。研究成果为今后类似绝缘子故障的诊断分析提供参考依据。     

不同热老化温度下高压电缆绝缘特性及失效机理

高压电缆的运行温度是影响其绝缘性能的关键因素。该文通过对交联聚乙烯（XLPE）开展不同温度下的加速热老化实验，对比了XLPE微观理化性能和宏观电学性能的变化规律。同时，在微观层面模拟了XLPE分子在不同温度下自由体积与均方位移的变化规律，在宏观层面结合XLPE的介电性能分析了高压电缆内部温度场的变化规律，进而揭示了高温下高压电缆的绝缘失效机理。研究结果表明，随着老化温度的升高，XLPE分子的劣化程度加快，羰基、碳碳双键等官能团含量增大；介质损耗因数与介电常数逐渐增加，甚至出现了突增的现象；结晶区结构的被破坏加快了击穿场强的下降；分子运动加剧，自由体积率从12.53%增大至14.07%。老化后介电性能的下降会导致电缆内部温度升高，从而对电缆的热老化起到了正反馈作用。     

加速热老化下聚酰亚胺材料力学性能和寿命模型研究

为研究长期热老化对聚酰亚胺材料性能的影响,分别在280、315、350℃下对其进行加速热老化试验,通过材料力学性能的变化分析热作用对材料宏观特性的影响,并结合X射线衍射(XRD)测试和扫描电镜(SEM)从微观角度进行表征。结果表明:在长期热老化下,聚酰亚胺的力学性能变化明显,整体呈下降趋势,且温度越高,下降速度越快。XRD数据表明在热老化的长期作用下聚酰亚胺内部分子链间距离增大,有序性降低。扫描电镜结果表明老化后试样表面出现缺陷和孔洞等。以力学性能变化与温度和时间的关系为依据,结合Arrhenius方程建立寿命模型,该模型具有很好的相关度。     

复合绝缘子芯棒湿热老化与吸湿特性研究

为了研究湿热环境下复合绝缘子芯棒的老化与吸湿特性,首先对复合绝缘子芯棒开展湿热老化实验,然后通过扫描电子显微镜(SEM)和热刺激电流(TSC)测试分析样品的微观形貌和陷阱特性,基于称重法得到不同温度下芯棒的吸湿率随时间的变化规律,利用Fick扩散模型对实验数据进行拟合,研究芯棒的吸湿特性。结果表明:芯棒的吸湿过程符合Fick扩散模型。随着湿热老化时间的增加,芯棒表面微观形貌逐渐劣化,环氧树脂分解,出现缝隙等缺陷,陷阱密度和能级均增大,并进一步提升了材料的吸湿率与扩散系数。环境温度的提升能够抑制芯棒的吸湿进程,因此,在芯棒的生产、储存和运输过程中可适当提升环境温度,抑制材料的吸湿,从而提高复合绝缘子的性能。     

阻燃剂对环氧树脂绝缘子护套材料耐热氧老化性能的影响

为了解决硅橡胶复合绝缘子伞裙护套材料硬度低,抗鸟啄性能差以及芯棒—护套界面粘接不良等问题,现有研究人员将硅橡胶材料替换成脂环族环氧树脂材料。在制作环氧树脂伞裙护套材料的过程中,需要添加一定量的阻燃剂以满足阻燃性能的要求。为了研究阻燃剂对环氧树脂材料耐热氧老化性能的影响,制作了3种不同的环氧树脂试样,并对其老化前后进行了外观形貌、质量损失率、拉伸强度、介电性能、傅里叶红外光谱、热失重测试。研究发现,热氧老化后,环氧树脂材料的拉伸强度和介电常数减小、介电损耗增大,且阻燃剂的添加会进一步降低环氧树脂材料的热稳定性、机械性能和介电性能。因此,在满足环氧树脂材料阻燃性能的条件下,尽量减少阻燃剂的用量。     

绝缘封装用环氧树脂固化物的湿热老化特性

环氧树脂容易受到湿热环境的侵蚀而发生绝缘性能劣化,进而直接影响电力系统运行的安全性与稳定性.为明确环氧树脂材料在湿热环境下的介电性能变化趋势,该研究对环氧树脂固化试样进行湿热老化实验,探究老化温度对其介电性能的影响规律,并对湿热老化机理进行分析.实验结果表明:环氧树脂试样在湿热老化后因吸湿出现质量增加,水分子对环氧树脂基体的塑化作用使其玻璃化转变温度降低.湿热老化后环氧树脂的体积电阻率下降,而相对介电常数和介质损耗因数增大,低频区尤为明显.用瓦格纳热击穿理论解释了环氧树脂试样击穿现象,相对介电常数和介质损耗因数增大都会导致环氧树脂的工频交流击穿强度下降.湿热老化温度升高加速了环氧树脂的吸湿进程,使其平衡状态的吸湿量增大,造成介电性能进一步下降.     

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.     

复合绝缘子芯棒湿热条件下劣化特性研究北大核心CSCD

近年来,复合绝缘子酥朽断裂问题引起了学术界及工业界的高度重视,但断裂原因一直莫衷一是。研究表明了复合绝缘子酥朽断裂的原因可能包括湿气侵蚀、电蚀、酸性介质腐蚀等因素。针对湿气侵蚀因素,文中研究了复合绝缘子芯棒在湿热条件下的劣化过程。首先观察了芯棒湿热作用后芯棒的宏观形貌,发现芯棒呈现发黄发白的颜色,质地变得疏松,形如腐朽的木头。随后对芯棒在高湿环境下的发热情况进行了观测,发现劣化后芯棒的温升明显高于未劣化芯棒的温升。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热失重分析(TGA)等实验分析了芯棒在湿热作用后的理化特性,发现芯棒的环氧树脂基体发生了酯基的水解反应和环氧大分子的分解反应,而玻璃纤维没有明显劣化现象但有排列错乱的情况。湿热作用后芯棒的理化特性和温升情况表明芯棒在运行条件下可能形成发热和劣化的正反馈循环。最后,将湿热劣化后的芯棒与现场酥朽断裂芯棒的宏观形貌和理化特性进行对比,揭示了湿热作用是导致复合绝缘子酥朽断裂的重要原因之一。     

核电站熔断器老化机理探究及试验分析

对核电站熔断器的老化机理进行了深入的分析研究,指出了老化的熔断器在未达到额定电流的条件下即会出现熔断的现象。使用加速老化试验的方法得到了老化失效的熔断器,应用电子扫面显微镜（SEM）以及x射线能谱分析等表面微观分析方法,对该失效熔断器以及同型号、同批次的良品熔断器进行了分析比较,从微观的角度证明了老化会导致熔断器性能下降。     

高温下110kV XLPE电缆绝缘在空气和硅油介质中的老化机理研究

以110 kV XLPE高压电缆为研究对象,在高温下对电缆用XLPE绝缘材料进行加速热老化实验,对比研究有氧(空气)与无氧(硅油)环境下其热学和力学性能的变化规律。结果表明:热氧老化过程会加速XLPE绝缘中分子链的裂解,降低熔融温度和结晶度;氧气的存在使得XLPE绝缘的起始分解温度和热分解活化能降低,拉伸强度和断裂伸长率减小。相比于无氧环境的老化试样,热氧老化的试样热学和力学性能劣化更快。     

环氧树脂在湿热环境中的老化特性与失效机理北大核心CSCD

环氧树脂在湿热环境下易吸水进而导致材料性能劣化,为了研究环氧树脂在湿热环境中的吸水特性与失效机理,文中对环氧树脂进行了湿热老化实验。实验结果表明,环氧树脂的吸水满足LangmuirEXT1等温吸附模型,饱和吸水率与温度成二次函数关系。环氧树脂吸水老化后,在微观层面,表面与切面出现很多微孔隙,孔隙数量与体积和老化温度成正相关;在宏观层面,老化后体积电阻率快速下降,而相对介电常数与介质损耗角增大,有低频色散现象。出现微小孔隙后,水分就会通过呼吸作用大量进入材料内部,内部孔隙的存在也会给水分提供存储空间,吸水量进一步增大,介电特性和击穿强度也随着劣化,最终导致材料失效。     

复合绝缘子酥朽断裂研究(二):酥朽断裂的试验模拟及预防措施讨论

复合绝缘子酥朽断裂是近年来新出现的一种复合绝缘子异常断裂现象。由2篇论文组成的系列论文旨在将复合绝缘子酥朽断裂作为一类单独的复合绝缘子机械断裂形式进行研究。针对在系列论文的第1篇中提出的酥朽断裂的主要特征和产生机理,该文设计并进行了受潮条件下的电流、放电对玻璃钢芯棒的电蚀试验,在电蚀试验中成功复现了酥朽断裂复合绝缘子玻璃钢芯棒中出现的环氧树脂的降解及劣化现象,验证了潮湿条件下的电蚀过程是导致酥朽断裂芯棒中环氧树脂基体降解的直接原因。基于对现场实际酥朽断裂复合绝缘子的分析以及酥朽断裂的试验模拟结果,文中提出提高玻璃钢芯棒中环氧树脂基体的耐电蚀性能是预防和解决复合绝缘子酥朽断裂的核心思路。对实际运行复合绝缘子的红外检测,是发现潜在的复合绝缘子酥朽断裂事故的有效手段。     

热老化对间位芳纶纸微观结构与电气性能的影响

针对某国产间位芳纶绝缘纸，自主搭建实验平台开展热老化特性评价，分别在105℃、155℃和180℃下开展周期为30 d的热老化实验，研究热老化过程中纸样化学结构、微观形貌以及电气性能的变化，并基于等温表面电位衰减法对比不同热老化阶段试样的表面陷阱分布特性，对不同老化温度下试样的聚合度和电气强度进行拟合。结果表明：热老化宏观上对间位芳纶纸的表面、截面均有破坏作用，整体引起聚合度的下降；微观上对间位芳纶纸分子结构中的酰胺键、C-N键和C=O键都有较大的破坏作用。热老化造成间位芳纶纸的体积电导率上升，电气强度下降。热老化过程中间位芳纶纸会短暂性地出现浅陷阱，随后消失，且温度越高，浅陷阱出现的时间越早，这对于间位芳纶纸热老化阶段的定量判断具有较大意义。     

合成酯变压器油热氧老化特性研究

选取高速动车组用某合成酯变压器油,对其进行热氧加速老化试验,测试分析不同老化时间后合成酯变压器油的酸值、运动黏度、介质损耗因数及紫外吸收光谱,研究其热氧老化特性。结果表明:随着老化时间的延长,合成酯变压器油的性能不断下降;酸值和运动黏度在老化前期,性能下降缓慢,到达28天出现增长拐点,之后性能急剧劣化;伴随老化的进行,合成酯变压器油氧化产生新的氧化物,其对性能劣化起决定作用,并随老化时间的增加而逐渐增多。     

500kV复合绝缘子脆断事故研究与劣化机理分析

笔者分析了一起500 kV复合绝缘子脆断事故以及老化机理。该复合绝缘子脆断事故的特征与常见的脆断故障不同,在硅橡胶护套表面出现了部分贯通蚀孔,解剖后可以发现部分区域脱粘且在护套与芯棒交界面有漏电蚀痕。观察到故障复合绝缘子的宏观与微观交界面均存在一定的质量问题。使用傅氏变换红外光谱分析芯棒材料,证明在芯棒材料中存在玻璃化侵蚀,离子交换以及水解等老化过程。最后结合试验结果,分析了此类由于水份侵入而造成的老化现象,并建议在线监测中需关注复合绝缘子交界面质量。     

基于空间电荷效应的绝缘老化寿命模型的研究进展

电力设备用绝缘材料在使用过程中承受电、热、机械等多种因素的应力作用,电气性能逐渐下降,研究绝缘材料的老化机理和寿命模型对材料寿命评估具有重要的意义。首先从传统的绝缘材料宏观老化模型出发,总结了电、热、机械应力作用以及联合作用下的绝缘材料老化寿命模型,其次从微观角度总结归类了由于空间电荷效应导致绝缘材料微观缺陷的几种绝缘老化寿命模型。最后探讨了未来绝缘材料老化寿命模型的研究方向和发展趋势。通过对比分析了不同宏观老化模型的优缺点,并从微观角度分析了空间电荷效应及其引发的其他效应(材料内部微孔的形成、局部放电的发生、电树枝的引发与生长等)对绝缘材料的老化破坏作用。基于空间电荷效应的绝缘老化寿命模型有望用于评估直流下的绝缘老化寿命,今后对于绝缘材料寿命模型的研究应该由宏观转向微观,并且应借助各种先进的宏观微观观测分析手段,将仿真和实验紧密结合,采用动态分析方法建立物理意义明确、失效时间准确的绝缘老化寿命模型。     

复合绝缘子酥朽断裂研究(一):酥朽断裂的主要特征、定义及判据

近年来新出现了一种不同于脆断和通常断裂的复合绝缘子异常断裂现象,笔者将其命名为复合绝缘子酥朽断裂。由2篇论文组成的系列论文旨在将复合绝缘子酥朽断裂作为一类单独的复合绝缘子机械断裂形式进行研究。该文作为系列论文的第1篇,从现场实际的酥朽断裂事故绝缘子的试验分析出发,解释了酥朽断裂命名方式中"酥"和"朽"的具体含义,归纳并提炼出复合绝缘子芯棒中环氧树脂基体的劣化、降解是酥朽断裂的主要特征,并指出酥朽断裂的初始劣化点位于硅橡胶护套与玻璃钢芯棒的界面处;酥朽断裂的产生机理为:放电、电流电蚀环氧树脂基体;受潮条件下放电产生酸性介质;酸性介质、机械应力"切割"玻璃纤维,且芯棒劣化的方向是从外向内。酥朽断裂的明确定义为:在受潮、放电、电流、酸性介质、机械应力共同作用下的复合绝缘子异常断裂现象。芯棒中环氧树脂基体的降解、劣化与否,是区别酥朽断裂与脆性断裂、通常断裂最直接的判据。     

湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制研究

湿热环境下,含界面缺陷的复合绝缘子更易发生酥朽断裂、界面击穿等严重事故。目前湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制尚未明确。本文对含有不同界面缺陷的复合绝缘子短样进行湿热老化,对比吸潮与干燥状态下各试样的温升与放电结果,然后通过解剖观察、微观形貌观察及表面元素与官能团变化分析,研究湿热环境对含界面缺陷复合绝缘子性能的影响。结果表明：绝缘子界面缺陷在湿热作用下会加速绝缘子的老化进程,扩大为界面失效,界面处局部放电与水分杂质的极化损耗会引发异常发热故障,其中金属缺陷引发的温升明显高于其他类型缺陷;随着界面缺陷逐步扩大,环氧树脂由界面向内部发生氧化分解,玻璃纤维大量裸露,进而发生劣化。     

热老化对变压器绝缘垫块微观结构的影响

为研究热老化对变压器绝缘垫块机械性能的影响,采用人工加速热老化与自然老化对比试验研究了热老化对绝缘垫块微观性能、弹性模量的影响机理,并分析了加速热老化与自然老化的等价性。红外光谱结果显示有新的官能团在纤维素的老化过程中产生,长链分子结构被破坏,化学稳定性下降。由扫描电镜图可知,老化破坏了纤维素初始紧密有序的分子排列,使其细胞壁厚度降低,纤维素长度由40μm下降至18μm;弹性模量随老化程度的加深由330 MPa下降至42.1 MPa。表明随老化时间增加,绝缘垫块机械性能降低,热老化是垫块老化的重要因素。自然老化和加速热老化对比试验结果表明两种老化方式对垫块微观性能的影响机理一致,加速热老化数据可靠,可用人工加速热老化模拟自然老化。该结果可为进一步研究绝缘垫块机械性能与变压器轴向预紧力的关系提供参考。     

纳米掺杂对环氧复合绝缘材料不均匀热老化特性的影响

本文制备了改性纳米氧化铝掺杂质量分数分别为0%、1%、10%的环氧复合绝缘材料，对其在150℃下开展了热老化试验，并通过动态机械（DMA）测试、扫描电子显微镜（SEM）测试和线性热膨胀测试研究其热老化特性及机理。结果表明：环氧复合绝缘材料在热老化过程中形成了不均匀的老化结构，且表面老化层厚度与纳米氧化铝的含量有关。当纳米氧化铝掺杂质量分数为1%时，试样的表面老化层厚度最小，此时纳米颗粒分散性良好且紧密地镶嵌在环氧基体中。结合玻璃化转变的自由体积理论，计算发现纳米氧化铝掺杂质量分数为1%时，试样的自由体积分数最小，且对应的环氧基体α主松弛时间最长，分子链活动性最低。在环氧树脂中加入适量改性纳米氧化铝可以提高分子链的交联程度，降低体系的自由体积，进而削弱氧气在材料内部的扩散能力，最终降低环氧复合绝缘材料的不均匀热老化程度。