高原強輻照復雜環境對復合絕緣材料性能影響關鍵技術研究綜述

劉勁松

（中國南方電網有限責任公司超高壓輸電公司昆明局，云南 昆明650217）

0 引言

復合外絕緣材料在電力設備中的應用越來越廣泛，許多電廠、變電站、電力線路、用戶的電力設備均位于高海拔地區。高原與平原地區截然不同，特有的日光紫外輻照強、晝夜溫差大、強風等因素，使得電力設備運行條件更為惡劣，復合絕緣材料老化加速、憎水性減弱，易于發生表面放電，進而影響外絕緣特性及壽命。

目前國內外對于高原強輻照復雜環境下復合絕緣材料的老化機理、現場運行及維護、運維技術標準規范等研究不夠充分，電力設備用戶運維過程中即使嚴格按照現行運維規程對在運復合絕緣材料設備進行清潔，仍存在無效清潔、積污嚴重、大面積青苔生長、憎水性遭不當清洗破壞后嚴重下降等問題，直流電場環境下尤其明顯。

1 國內外研究現狀

1.1 紫外線對復合絕緣材料表面憎水性影響機制研究現狀

環境中的紫外線一定程度上對硅橡膠復合絕緣子表面憎水性造成影響，且高海拔地區紫外線成分相較于低海拔地區有較大區別，對硅橡膠復合絕緣子表面憎水性的影響也不同。云貴高原海拔較高、空氣密度低、臭氧層較薄、紫外輻照強度大，復合絕緣子的運行環境十分復雜惡劣，其老化過程顯著區別于平原。目前國內研究在模擬紫外線對復合絕緣材料的影響時，大多依據GB/T 16585—1996標準，僅利用UVA紫外燈照射（低海拔地區紫外線主要成分），而忽略了高海拔地區同樣含量較高的UVB及UVC紫外線，與實際運行環境中的紫外線輻射情況不符，參考價值不充分。紫外線輻射對復合絕緣材料表面憎水性影響機制的研究雖然開展了若干研究和分析，但研究并不深入，缺乏有力的實驗數據支撐，未能具體描述憎水性的劣化過程。為進一步了解紫外線對復合絕緣材料表面憎水性的影響效果及影響機制，有必要針對上述不足深入開展研究。

1.2 電暈放電對復合絕緣材料表面憎水性影響研究現狀

在電力系統中，電暈放電普遍存在，分布范圍廣泛。輸電線表面毛刺、電氣設備的制造缺陷及雨、雪天氣下線路及設備表面的水滴均有可能造成電暈放電的產生。相關實驗結果表明，電暈放電會導致復合絕緣子表面憎水性的劣化，且劣化效果與放電電壓正相關。

隨著海拔高度的增加，大致每上升9m，大氣壓降低100Pa，當氣壓降低時，空氣中的氣體分子密度減小，將會影響電暈放電的起始電壓和激烈程度，對硅橡膠表面材料造成的破壞效果相較于低海拔地區更甚，給電力系統造成較大危害。

目前，我國直流輸電工程蓬勃發展，已有相關研究對直流電暈對復合絕緣材料表面憎水性的影響研究較少，且并未考慮低氣壓對電暈放電老化效果的影響；缺乏對交、直流電暈放電對硅橡膠表面憎水性的劣化效果的比較與分析。深入開展交、直流電暈放電對硅橡膠表面憎水性的影響效果及影響機制研究具有重要的工程意義。

1.3 環境因素對復合絕緣材料表面憎水性影響研究現狀

環境因素對復合絕緣材料表面凝露狀態具有較大影響，環境溫度、相對濕度、絕緣子表面污穢程度以及風速等與凝露過程有著密切關系，一方面環境因素直接作用于閃絡過程，影響閃絡特性；另一方面是通過影響復合絕緣材料表面憎水性以及憎水性遷移特性，使凝露狀態發生變化，從而間接對閃絡過程發生影響。

通過實驗發現，絕緣子表面不溶物和可溶物的吸水能力決定了硅橡膠材料的憎水遷移性，溫、濕度對復合絕緣子憎水性有很大影響：隨著溫度的升高，絕緣子污層表面的憎水性逐漸加強；相對濕度對憎水遷移特性的影響很大，隨濕度增加，污層吸附更多空氣中的水分子，抑制小分子遷移，從而導致憎水性降低。當濕度大于90%時，復合絕緣子表面遷移速率較緩慢，經過長時間靜置后，表面仍未獲得憎水性。另外，當環境的前后溫度差不同時，絕緣子表面污層受潮的程度也不同，溫差在短時間污層受潮過程中作用很明顯，可以直接影響絕緣子表面泄漏電流的強度，這對于絕緣子的閃絡特性影響很大。

強風以及其中摻雜的固體顆粒對復合絕緣材料性能的影響也是多方面的。一方面使復合絕緣材料表面發生磨蝕，沙塵與高速氣流較長時間共同作用下，能成為靜止表面的磨料，使硬度相對較低的復合絕緣材料傘裙磨耗或損傷，影響表面微觀物理結構，影響憎水性；另一方面因為沙塵的侵蝕會增加傘裙表面的粗糙度，使表面易積聚沙塵，使復合絕緣材料傘裙表面積污，增加污染風險。

已有相關研究中，很多學者對環境因素（溫度、濕度、污穢度等）對復合絕緣子表面憎水性及憎水性遷移特性的影響規律進行了研究，但對前后溫度差較大，濕度較高的環境下憎水性變化情況的系統研究尚無報道，同時環境因素對凝露狀態的影響以及對于憎水性及憎水性遷移特性在凝露狀態上的體現未進行相關的模擬實驗和深入探究。

2 結語

綜上，目前國內外對于高原強輻照復雜環境下復合絕緣材料的老化機理、現場運行及維護、運維技術標準規范等方面研究不夠充分，目前已有的大量研究都往往側重于某一方面，復雜的高原實際環境同時存在強紫外輻照、電暈放電顯著和強風等因素的影響，復合絕緣材料的使用條件更為惡劣，其老化過程顯著區別于平原地區。迫切需要開展高原強輻照復雜環境對復合絕緣材料性能的影響及評價方法、自然實地運行規律對比分析、長時耐候性、復合外絕緣運維技術等方面進行研究，掌握高原環境條件對復合絕緣子老化過程和性能劣化規律的影響，進而研制適合高原環境特性的復合絕緣材料、清洗劑、PRTV涂料，并制定復合外絕緣運維關鍵技術規范和相應的技術標準，為高原強輻照地區復合絕緣材料的運行維護提供有力技術支撐。