李龙
优品精密橡胶零件（东莞）有限公司
摘要：目前，我国已成为全球第一个在直流输电系统与特高压交流输电中以有机外绝缘为主的国家。现阶段，输变电行业飞速发展，进一步扩大了以有机材料和无机材料作为绝缘材料的运用范围。但是，电压等级的进一步提高导致污闪事故频繁发生，从而造成大量的人员伤亡和经济损失。面对这一现象，人们开始重视硅橡胶的应用研究。
关键词：硅橡胶；电力系统外绝缘；污闪事故
引言
外绝缘是电力系统事故发生最多的领域，外绝缘水平的高低显著影响着电力系统的安全运行，外绝缘性能的改善和提升始终是电力系统研究的重点之一。各类绝缘子需要在长期复杂、严酷的运行环境中满足电气性能、机械性能和耐老化等各方面的技术要求，绝缘子的材料、结构及其性能构成了电力系统外绝缘的主要研究内容。电瓷和玻璃是户外绝缘子最早使用也是最常用的材料，具有绝缘性能良好、化学性能稳定等特点，长期以来一直是户外绝缘子材料的唯一选择。但由于其表面的亲水性，在大气污染严重的地区一再出现威胁电网安全的大面积污闪问题。另外还存在大吨位和高电压等级绝缘子难烧结等缺点。有机外绝缘材料绝缘子即复合绝缘子的出现，很好地解决了这些问题。而硅橡胶以其突出的憎水性、迁移性和优异的耐老化性能成为了最适合污秽地区电力系统外绝缘使用的材料。正如六氟化硫、氧化锌阀片和交联聚乙烯的出现，极大地推进了高压断路器、避雷器和电缆等高压电气设备升级换代的进程，硅橡胶在电力系统中的推广应用同样促进了传统电工陶瓷外绝缘的升级换代。硅橡胶对电力设备外绝缘的影响值得引起关注。自从1983年中国第一批自己生产的硅橡胶复合绝缘子在电气化铁路隧道内投入运行至今，硅橡胶复合绝缘子在中国的发展已超过30年，凭借线路发生绝缘子大面积污闪事故、大规模直流输电工程建设和特高压输电工程建设这三个大的机遇，硅橡胶复合绝缘子的开发经历了研制阶段、推广应用阶段、大量使用阶段和常规产品阶段。
1线路复合绝缘子的发展
1.1对电力系统安全运行重要且紧急的几个问题
1)脆断芯棒脆断是复合绝缘子各类事故中最为严重的问题。脆断在极低的机械负荷下就可以发生，单串复合绝缘子若发生脆断则会导致掉线。我国自1994年发生第一起脆断事故以来，至今不下30起。虽然与数量巨大的复合绝缘子运行总量相比，脆断事故发生的比例极少，但后果严重，在很大程度上影响了电力部门对复合绝缘子的使用信心。如今，复合绝缘子芯棒脆断的应力腐蚀机理、预防措施等均已明确，并在行业标准中进行了严格规定，真正采用新一代耐酸芯棒的复合绝缘子未再发生脆断事故，成功地解决了这一问题。2)酥断酥断是近几年发现的复合绝缘子事故，其数量较脆断更少，但危害同样严重。这种异常断裂同样在低机械负荷下发生，与脆断不同的是，此时芯棒断裂处断面不光滑，芯棒质地变酥、形如朽木，芯棒出现粉化、玻璃纤维与树脂分离，故名"酥朽断裂"，简称酥断。目前对于复合绝缘子酥断的机理并不是很清楚。虽然在局部温升的部分绝缘子中发现了酥断的芯棒，因而怀疑界面破坏与酥断关系密切，但对于如何完全防止酥断，目前还没有很明确的解决方案。酥断是今后值得进一步深入研究的问题之一。3)局部温升复合绝缘子的局部温升可以在线路巡检中通过红外探测发现，目前已发现不少复合绝缘子有局部温升问题。这些温升可能由于表面泄漏电流、内部缺陷和芯棒与护套之间的界面性能下降所引起。对于复合绝缘子局部温升的原因及解决方法应尽早进行研究，否则此问题可能成为影响复合绝缘子正常使用的主要问题之一。
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1.2对系统安全重要但并非紧急的几个问题
1)老化由于有机材料本身的特性引起的老化现象是复合绝缘子运行过程中存在的普遍问题，目前复合绝缘子伞裙材料老化的主要表现形式有硬化、粉化等。伞裙材料的老化将会降低复合绝缘子的使用寿命，但从我国三十多年的运行经验来看，硅橡胶线路绝缘子老化问题虽然重要，但还不是非常紧迫的问题。2)憎水性丧失优异的憎水性是硅橡胶伞裙材料与生俱来的特性，但运行中硅橡胶复合绝缘子憎水性的下降同样是比较普遍的现象。根据我国电力部门的几次调查，运行中的复合绝缘子只有很小一部分能保持憎水性等级在HC1－HC2之间，大多数复合绝缘子都在HC3－HC4之间，有些甚至达到了HC5－HC6。实验室的模拟试验表明，即使憎水性下降到HC5－HC6，复合绝缘子依旧有较高的污闪电压 ，因此电力部门按照弱憎水性进行绝缘配置对防污闪还是有不小的裕度的。但此时绝缘子是否具备良好的耐漏电起痕及电蚀损性能变得非常重要。虽然硅橡胶复合绝缘子憎水性的下降并非紧急的问题，但优异憎水性的长期保持依旧是制造厂商和研究院所应该继续努力攻克的内容。3)鸟啄和伞裙撕裂鸟啄问题主要发生在部分线路加压投运之前，以V串更为明显，且与伞裙颜色无关。鸟啄伞裙的问题曾引起电力部门很大烦恼，但好在此类事故主要只发生在个别区域的个别线路上，并且线路带电之后，鸟啄现象大幅度减少。伞裙撕裂问题则主要由大风引起，也仅发生在局部区域。上述两种问题目前还只是局部性的，有些厂家尝试采用更好的伞形设计来保护伞裙免遭大风撕裂，也有厂家在尝试采用硬质伞裙材料来解决鸟啄和伞裙撕裂问题。
2电站复合绝缘子的应用与展望
2.1采用复合绝缘子对于解决电站外绝缘的多种问题都具有优势
不同于线路绝缘子，电站绝缘子的形式多种多样，各自有着不同的适用场合和性能要求。在运行过程中，各种类型的电站绝缘子出现的故障和问题也各不相同。
2.2运行条件影响到憎水性
通过观察复合绝缘子的外观，能够看到其表面出现了明显的放电痕迹，这时硅橡胶的具体憎水性越来越弱，甚至消失。伞套材料也往往会出现多种问题，包括破裂、粉化和硬化等。此外，多个地区运行的绝缘子会表现差异化的特点。评估憎水性时，主要评估分析角度包括憎水性、憎水性恢复特性、憎水性变弱和憎水性迁移特性等。硅橡胶憎水性会被低温因素影响，如果在-5～5℃的水中放入硅橡胶，放置时间为2～8h，待温度充分平衡后拿出将硅橡胶，可以发现硅橡胶的憎水性能出现一个较为显著的低温临界点，且硅橡胶已经失去憎水性，表面出现结冰情况。差异化的绝缘子临界点具有一定区别，运行时间也不相同。当处于低温环境中，硅橡胶的憎水性会不种程度的下降，表面亲水性会变强。因此，相关人员需依据环境要素与基础要求，评估多个地区环境和运行条件的劣化状况，以此制定有效的硅橡胶处理手段。
2．3硅橡胶的耐漏电性能与电蚀损性能
电力系统设备运行一段时间后，硅橡胶的耐漏电起痕、电蚀损性能会发生一些变动，如果无法科学、合理约束硅橡胶的电蚀损性能、耐漏电性能，将极大影响绝缘子的憎水性。只有将硅橡胶的耐漏电性能和电蚀损性能控制在TMA4.5级之间，才可以确保硅橡胶运行的安全性、稳定性，并有效维护表面憎水性，确保后续处理工序的有序进行，提升绝缘子的具体处理成效和应用水平。
结语
总而言之，在电力系统外绝缘中应用硅橡胶的过程中，要对积污特性进行监测，有效判定优势后，落实更加精细化的处理和常规化管控机制，提高其应用水平。
参考文献
[1]梁曦东，李少华.电力系统有机外绝缘的发展与展望[J].南方电网技术，2016，10（3）：58-65.
[2]吴明雷，郗晓光，李隆基等.防污闪涂料憎水迁移性试验方法对比研究[C].中国电机工程学会高电压专业委员2015年学术年会论文集.2015：1-4.
论文作者:李龙
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第21期
论文发表时间:2019/11/26
标签：绝缘子论文; 硅橡胶论文; 水性论文; 性能论文; 电力系统论文; 材料论文; 事故论文; 《中国西部科技》2019年第21期论文;