芻議合成絕緣子密封性能對其運行的影響

吳玲玲

摘 要：合成絕緣子在我國應(yīng)用于高壓輸電線路已有十多年的歷史了。由于它體積小、重量輕、安裝運輸十分方便、維護工作量小等方面的優(yōu)點，深的廣大用戶的歡迎。特別是它優(yōu)異的防污閃性能，為電力線路的安全運行提供新的手段。

關(guān)鍵詞：合成絕緣子;密封性能;電力系統(tǒng)

1.引言

據(jù)有關(guān)專家統(tǒng)計，在我國合成絕緣子的使用數(shù)量已超過100萬支，成為世界上使用合成絕緣子最多的國家之一。根據(jù)多方面的統(tǒng)計表明，合成絕緣子在運行中發(fā)生事故的概率僅為同類瓷絕緣子的1/3-1/5，是玻璃絕緣子的1/2-1/4。雖然如此，全面地了解和分析合成絕緣子在運行中發(fā)生事故的類型和原因，對今后進一步提高電力線路的安全可靠性和全面提高合成絕緣子的產(chǎn)品質(zhì)量是非常必要的。

2. 合成絕緣子運行“脆斷”事故分析

在合成絕緣子運行中對電力線路安全運行危害最大的事故當(dāng)屬合成絕緣子的“脆斷”。這種“脆斷”，是合成絕緣子在運行中發(fā)生芯棒斷裂，嚴(yán)重時會使導(dǎo)線落地。據(jù)了解，在我國500kV合成絕緣子運行中發(fā)生的脆斷事故有4起，其中國外產(chǎn)品兩起，國內(nèi)產(chǎn)品兩起。

脆斷事故有時僅僅是在絕緣子投運很短時間內(nèi)發(fā)生的。這些很少見的施工往往發(fā)生在絕緣子負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于額定機械負(fù)荷的情況下。關(guān)于脆斷（brittle，fracture）的特征以及機理在CIGRE第22.03工作組的文件中有所闡述。運行中德合成絕緣子發(fā)生脆斷，設(shè)計是主要原因。實驗室的試驗和現(xiàn)場產(chǎn)生的脆斷都是在涂層憎水性破壞并遭受污染，導(dǎo)致潮氣滲入芯棒的情況下發(fā)生的。只有當(dāng)芯棒接觸化學(xué)媒介時，才能發(fā)生脆斷，通常酸性物質(zhì)對（芯棒能承受的）機械拉力將造成影響。在所有已知運行中的合成絕緣子發(fā)生脆斷的案例中，水密封性能（water tightness）缺陷的主要原因。

當(dāng)合成絕緣子的芯棒暴露在周圍空氣中時就可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕問題。大氣中存在著各種不同濃度的酸，潮濕空氣中德絕緣子表面電氣放電甚至可以產(chǎn)生硝酸?，F(xiàn)代合成絕緣子的傘裙通常由復(fù)合材料制成。傘裙有可能受到機械損傷從而使芯棒暴露在空氣中。傘裙的端部連接件的結(jié)合部件是個危險區(qū)域。上面摘自CIGRE第22.03工作組的論述較為詳細(xì)的敘述陸脆斷發(fā)生的現(xiàn)象、原理及機理。如果我們使用較簡捷的語言來歸納：脆斷最容易發(fā)生的部位—傘裙的端部連接件的結(jié)合部位。脆斷發(fā)生的主要原因—芯棒表面的防護層被破壞，使芯棒暴露在大氣中，脆斷發(fā)生的機理—芯棒受大氣中酸和水份的侵蝕，加之表面放電，在芯棒逐漸蝕損。在湖北葛雙線500kV線路上運行發(fā)生脆斷的一國外產(chǎn)品，斷裂部位在端部金屬件和芯棒的結(jié)合部位，芯棒外表面絕緣層北破壞，芯棒沿橫斷面被蝕損約1/3，芯棒斷裂后，原來被蝕損的部分和后來斷裂的痕跡可很清楚地分辨，這次脆斷特征與上面的論述是一致的。為防止合成絕緣子脆斷事故的發(fā)生，應(yīng)該從兩個方面同時著手。

一是應(yīng)提高芯棒的防潮耐酸性能。早期的合成絕緣子研究表明，芯棒一旦受潮，其機械和電氣性能將會大幅度地降低。坦言之，國內(nèi)的芯棒和一些發(fā)達(dá)國家生產(chǎn)的芯棒在防潮耐酸性能方面尚有較大的差距，近年來，國內(nèi)的芯棒生產(chǎn)廠家不斷地對芯棒防潮耐酸性能進行研究。一種采用乙烯基環(huán)氧樹脂生產(chǎn)的玻璃環(huán)氧引拔棒已經(jīng)面世，不久的將來會投入實際使用中。該種芯棒不僅在防潮耐酸性能方面較傳統(tǒng)的芯棒有提高，而且抗蠕變性能亦較好，適應(yīng)于使用壓接式端頭連接。

二是應(yīng)提高合成絕緣子的密封性能。提高合成絕緣子的密封性能對防止合成絕緣子發(fā)生脆斷事故至關(guān)重要。加強合成絕緣子的密封性，其目的是為了有效的防止芯棒與空氣接觸，一方面應(yīng)使用芯棒外層保持應(yīng)有的厚度，以避免在外力破壞或長期的電蝕過程中使用芯棒得到有效地保護，另一方面，在界面，特別是在端部金屬、芯棒、外護層三結(jié)合處，即端部金具頸口處是密封性能的關(guān)鍵部位。合成絕緣子頸口界面的密封性能與密封工藝和密封劑的性能有關(guān)，我們通常所使用的密封劑大多采用室溫硫化硅膠配制而成，與高溫高壓下形成的作為合成絕緣子外層材料的四基乙烯基硅橡膠相比，不僅配方不同，而且成型工藝亦存在著較大差異，因此，其性能差異就更大，特別是耐漏電起痕性能方面，甚至有天壤之別。高溫高壓下成型的四基乙烯基硅橡膠其耐漏電起痕水平可以達(dá)到TMA4.5級以上，而在金屬件與外護套結(jié)合部位的密封界面，特別是在帶電端，又恰恰是電場強度最高的地方，這樣就使密封劑由于電遭受到破壞。我們在進行±500kV直流合成絕緣子1000小時電腐蝕試驗中，兩次試驗均遭失敗，究其原因，就是上述現(xiàn)象所引起，后來改進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，才使試驗得以通過。因此，試驗密封劑對界面進行密封并不是一種十分有效的防止密封被破壞的有效辦法。

造成合成絕緣子界面密封被破壞還有更重要的一點，就是端部金具與芯棒的連接型式有很大關(guān)系。目前，國內(nèi)采用的連接形式在合成絕緣子運行過程中，在短期大負(fù)荷量甚至超載的情況下，會發(fā)生相對位移，這種位移對合成絕緣子的安全運行造成的危害肆災(zāi)難性的。顯然，位移將使密封被破壞，那么，潮氣和酸霧的侵蝕是不可避免的，接踵而來的就是芯棒機械和電氣強度的下降，以至于脆斷的發(fā)生。有的提出防止這種后果產(chǎn)生的方法是采用一種延展性好的密封劑。事實上，密封劑在合成絕緣子經(jīng)過3-5年的運行后已逐漸變硬，其延展性不復(fù)存在，因此，這不是一種有效的辦法。

關(guān)于合成絕緣子的密封性能問題，不僅在國內(nèi)已引起專家們的高度重視，同時在國外已被同行們的注目，最能說明這一點的是關(guān)于合成絕緣子國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)IEC1109的修改，其中新增加的一項試驗內(nèi)容便是合成絕緣子密封性能試驗，這充分說明了合成絕緣子的密封被破壞已影響到電力線路的安全運行，這種情況不僅國內(nèi)有，在國外也大量存在，因此，保證合成絕緣子的密封性能就能做為對合成絕緣子的一項基本要求被提出來了。

為了提高合成絕緣子的質(zhì)量，保證合成絕緣子的密封性能，我們經(jīng)過長期的研究與試驗，在充分吸收國外產(chǎn)品成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，研究出一種用于合成絕緣子端部界面密封的密封環(huán)。這種密封環(huán)采用鋁或鍍鋅鐵件制成，內(nèi)藏一個有硅橡膠做成的密封圈，密封圈之所以采用高溫硫化硅橡膠制成，一方面是由于硅橡膠彈性好，由于彈性好，經(jīng)壓縮后，密封效果就好;另一方面它的抗老化性能較好，從而與合成絕緣子外護層材料在電氣性能和抗老化性能方面保持同步。這種內(nèi)藏于密封環(huán)內(nèi)的密封圈，逕密封環(huán)與端部金具的外螺紋連接后，在外力作用下從而使界面間保持永久的隔絕性能，這種結(jié)構(gòu)的密封環(huán)被首次使用在±±500±kV直流合成絕緣子上，經(jīng)過大量的密封性能試驗，特別是采用這種密封結(jié)構(gòu)的合成絕緣子通過在何蘭開馬公司驚醒的5000小時老化試驗，證明其密封性能非常優(yōu)異，即使是在端部金具與芯棒發(fā)生位移的情況下，密封亦不會破壞，目前，這種密封環(huán)已申報國家專利并獲批準(zhǔn)，逐步在合成絕緣子上推廣使用。

3.總結(jié)

一是合成絕緣子的密封性能對其安全運行影響較大，合成絕緣子發(fā)生脆斷的主要原因就是密封被破壞所致。

二是造成合成絕緣子密封被破壞的主要原因是密封劑抗漏電起痕水平較差及端部金具與芯棒發(fā)生位移所致。

三是密封環(huán)為保證全盛絕緣子端部密封提供了一種有效方法。

參考文獻(xiàn)

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