分析±800kV直流支柱復合絕緣子制造技術

宋其東

摘 要：應用支柱復合絕緣子，可以使±800 kV直流輸電工程中的嚴重污染、高海拔等各項問題得到解決。為了確保±800 kV直流輸電工程運行過程中的安全性，減少事故發生，就需要加強對支柱復合絕緣子的研究，做好制造技術探究，確保最終生產的支柱復合絕緣子可以滿足應用需求，從而為人們提供穩定、高質量的電能，提高人們的生活質量。

關鍵詞：支柱復合絕緣子;直流輸電工程;大直徑芯棒;硅橡膠

中圖分類號：TM721.1;TM854 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.014

±800 kV直流輸電工程建設，對于我國電力制造行業中各項技術水平的提升，以及相應技術的研究與發展來說，都是一個很好的機遇。文章針對±800 kV直流輸電工程中采用的支柱復合絕緣子制造技術展開探究，以促進我國電力行業的健康發展。

1 支柱復合絕緣子概述

支柱復合絕緣子主要由纏繞層、法蘭、小直徑芯棒、硅橡膠傘裙、密封圈等多項結構共同構成。支柱復合絕緣子以小直徑芯泵為基礎周，通過纏繞固化方式，最終制作成大直徑芯棒，然后將高溫硫化硅橡膠涂抹在芯棒外圍，通過一次整體注射方式成型[1]。

支柱復合絕緣子通過應用走廊和狹窄空間以升壓送電，可以適當降低輸電線路中的桿塔高度，降低人力、物力、財力消耗。支柱復合絕緣在具體應用時，具有較強的抗污性及良好的抗污閃性。在相同盤距瓷絕緣子的情況下，支柱復合絕緣子的濕耐受電壓和污穢耐受電壓可以達到前者的2.5倍左右，而且對其應用時不需要清掃，即使在受到較嚴重污染的狀況下也可以穩定運行[2]。

支柱復合絕緣子的作用特點如下：

第一，支柱復合絕緣子在應用時可以合理應用輸電線路中的狹窄的走廊開壓送電，因此，適合應用在城網技術改造中，降低輸電線路中桿塔的具體高度，降低財力、物力、人力的投入。其彎曲強度高，能夠有效防止由于瓷橫擔容易發生級聯斷裂等事故，提高安全性。因此，支柱復合絕緣子是瓷橫擔無法取代的一種產品。同時，支柱復合絕緣子還具有重量輕、體積小、抗沖擊能力前、防震性能好、不需清掃等特點，為輸電線路的運行安全提供了強有力的保障。

目前，許多支柱復合絕緣子采用整體棒形設計，其質量高，結構十分緊湊，其與相同等級的玻璃絕緣子和瓷絕緣子相比，重量僅為后者的10 %左右，從而降低了運輸、安裝等各項作業的難度。

第二，支柱復合絕緣子適合應用在污穢相對嚴重、高機械拉伸負荷及緊湊、大跨度型的輸電線路區域。污閃電壓與相同等級的玻璃和瓷絕緣子相比，能夠提高30%～50%。在﹣60 ℃～200 ℃的環境下能夠保持穩定，其性能不會遭受影響。

同時，在設計時采取不可擊穿型設計，具體運行時不需要進行測零值作業。隨著電氣性能的提高，機械強度的增強，支柱復合絕緣子顳部承載環氧玻璃引棒抗強度能夠達到普通鋼強度的200%，能夠達到高強度陶瓷的1 000%左右，提高了輸電線路運行的安全性與穩定性。

第三，支柱復合絕緣子具有良好的抗污、耐污、抗污閃等能力，其濕耐數電壓和污染電壓能力與相同等級的絕緣子相比，能夠達到后者的200%～250%，而且在應用時不要清掃，即使在重污染區域也能保持穩定、安全運行。

第四，重量輕、體積小，在電壓等級相等的情況下，重量僅為瓷絕緣的15%左右，結構輕巧，方便運輸和安裝。

2 生產支柱復合絕緣子的幾項關鍵技術

生產支柱復合絕緣子是一項復雜工作，具體生產過程中會應用到許多不同類型的生產技術，其中最重要的技術有以下幾種：研究硅橡膠專用材料，制造大直徑芯棒工藝;整體真空硅膠注射成型工藝;研究支柱復合絕緣子中法蘭結構。

上述各項生產技術都是生產支柱復合絕緣子的基礎技術，各項技術都會對最終生產的支柱復合絕緣子性能造成直接影響。由此可見，為了提高支柱復合絕緣子的性能，必須要加強對該項技術的探究，提高生產技術的先進性，充分發揮支柱復合絕緣子的性能[3]。

3 制造支柱復合絕緣子的技術

3.1 研究硅橡膠材料

支柱復合絕緣子是輸電線路中的一項關鍵部件，其性能會對輸電線路的安全性和穩定性造成直接影響，這也就對包裹在芯棒外表面的絕緣材料性能提出了高要求。±800 kV直流支柱復合絕緣子是特高壓等級，在我國的輸電線路中主要被應用在西南高海拔、紫外線照射較強的區域。同時，直流絕緣子在應用期間會出現靜電吸附、電弧電流物過零點等各種情況，并對絕緣材料提出了更高的要求[4]。

從目前生產作業采用的技術看，支柱復合絕緣子生產主要利用高溫硫化硅橡膠為材料進行制作，而依據具體情況看，采取相應措施進行適當改進，具體措施如下：

采用氣相法白炭黑，采用粒度超過2 000目的氫氧化鋁，同時采用有機硅氧烷處理全部填料表面。通過該方式，可以使硅橡膠的憎水性能和耐老化性能得到顯著提高，也提高了硅橡膠的擊穿電壓，使其能夠滿足應用需求[5]。

利用高分子量甲基乙烯基硅橡膠制作成橡膠，與此同時，通過應用兩種分子量不同的生膠，使最終生產的硅橡膠的撕裂強度和拉伸性能都得到進一步提高。

降低分子物質加入到配方中，提高硅橡膠的憎水性。通過上述措施改進之后，可以提高硅橡膠的性能，使其能夠滿足應用需求[6]。

3.2 制造大直徑環氧玻璃纖維芯棒技術

3.2.1 樹脂配置與加固工藝

生產支柱芯棒要選擇性能良好的促進增韌劑和促進劑，適當調整樹脂配方，從而使固化反應放熱能夠平衡進行，以免出現集中放熱問題，導致內部熱量過于集中，溫度升高。進一步緩解制品固化時出現的開裂問題，提高最終生產產品的質量。

3.2.2 車加工拉擠棒

繞拉擠棒前，要采取車加工方式進行處理，采取該方式可以將拉擠棒表面的富含脫模劑表層去除，為后續纏繞作業的開展提供支持，確保樹脂浸潤良好。拉擠棒表面經過處理后，如果出現了阻尼螺旋槽，進行纏繞處理時，就要先利用環向纖維填滿溝槽。經過固化處理后，能夠提高拉擠棒的質量。

3.2.3 設計纏繞工裝

拉擠芯棒只是一條直棒，未設計封頭，此時無法確保纏繞角，而且會導致纖維纏繞無法正常運行。針對這一現象，要設計纏繞輔助工裝。同時，在拉擠棒兩端要設置固定銷釘環，通過裝配在環上的銷釘子，完成對紗線實際走向的合理控制，確保最終設計的纏繞角度能夠達到設計標準。

3.2.4 設計鋪層結構

環氧樹脂固化過程中，會釋放大量熱量，如果纏繞層過厚，固化時容易導致纏繞層發生開裂問題;若纏繞層過薄，將會降低生產效率。筆者依據樹脂配方和固化工藝，全面結合多次實驗結果和大量生產實踐經驗，最終決定采取三次纏繞方式處理，而且要明確每次纏繞的角度、厚度。

3.3 真空注射模具設計與注射工藝

3.3.1 設計起模工裝

絕緣子圖樣和相應標準中，對硅橡膠外套對棒體的環向厚度和縱向位置都有明確規定，在模具設計中要全面考慮密封結構、棒體保護、起模方式等各項內容。在具體分析期間，要遵守加工方便、設計簡單、方便生產等各項操作原則，最終設計出集棒體保護、起模、密封等功能為一體的起模工裝，進而使遇到的每一項問題都能夠得到解決，確保生產工作順利進行，保證最終生產的產品性能良好，能夠達到應用要求。

3.3.2 科學處理界面

為了確保絕緣子外部硅膠傘套可以有效連接棒體，必須采取性能良好的偶聯劑，而且要在具體分析的基礎上設計各項工藝參數，確保參數的合理性。對于空心絕緣子注射工藝與支柱絕緣子來說，溫度是兩者差異的唯一參數[7]。

考慮到生產的支柱絕緣子中的棒芯為大直徑實心棒體，觀察生產作業時棒體的整體溫度變化情況可以發現，從棒體表面到芯部的溫度變化呈梯度方式改變。而溫度梯度改變在一定程度上提高了注射工藝應用時的難度，這一現象造成的直接后果就是界面性能、質量都無法達到預期。

為了使上述問題得到解決，相關工作人員在分析時要從理論入手，全面結合實驗驗證，設計合理步驟，采取與實際情況相符的預處理方案，從而確保工藝條件和溫度參數保持理想狀態，提高界面處理技術水平，確保其能夠達到生產要求[8]。

3.4 法蘭生產技術

±800 kV支柱絕緣子端部法蘭膠裝采用空心復合絕緣子膠裝技術，科學設定尺寸，具體作業開展時要確保產品兩端面平行度公差大于棒體兩端面平度公差，確保最終設計能夠達到要求。此外，合理設計膠裝夾具，在加工中心采取高精度方式完成相應的加工作業，提高夾具精度，確保絕緣子兩端部法蘭在安裝時的位置、精度都能夠達到要求。為了確保產品具有良好的機械性能，必須確保膠裝強度能夠達到要求標準，具體作業時可以采取下列措施處理：

采用機械方式攪拌膠裝黏合劑，然后通過真空方式處理，進而去除黏合劑中氣泡，提高黏合劑性能，使其能夠滿足應用需求。

科學控制注膠速度和溫度，確保采用的黏合劑的流動性和黏度都能夠達到應用要求，保證采用的黏合劑在預期內充滿膠裝之間存在的間隙[9]。

支柱絕緣子端部密封利用內嵌式密封結構，硅橡膠與法蘭端部要預留間隙，間隙大小為4.4 mm×5.4 mm×13 mm，完成法蘭膠裝后，將少量室溫硫化硅橡膠涂抹在法蘭與硅橡膠之間。涂抹必須要均勻，對于端部密封結構的兩個密封圈要保持光滑平整，而且要讓接頭錯開，要讓端部密封結構最上部的密封圈具有一定的坡度，避免外部水汽通過法蘭界面滲入內部，以免發生電蝕問題。

3.5 膠裝用黏合劑

分析支柱復合絕緣子可以發現，法蘭膠裝是整個支柱復合絕緣子中抗拉、抗扭相對較為薄弱的環節，因此，采用法蘭膠裝，其強度會對支柱復合絕緣子的抗拉、抗扭性能造成產生直接影響。設計支柱復合絕緣子，抗破壞強度需要超過100 kN，因此，通過推算可以確定支柱復合絕緣子法蘭黏結強度需要超過12 MPa。

3.5.1 選配黏合劑

通過查閱相關資料可以發現，被應用在空心復合絕緣子鋁法蘭膠裝的黏合劑與球墨鑄鐵和不銹鋼的黏結強度分別為7.60 MPa和6.41 MPa，這一黏合劑無法滿足支柱復合絕緣子法蘭膠裝的具體要求，黏合劑配方選擇需要以及黏結強度、工作溫度、黏合劑的Tg等各項參數而定。

針對我國中建設的±800 kV支柱絕緣子來說，工作溫度的最高值為100 ℃，黏合劑Tg則要超過115 ℃。在選配黏合劑時，理想的Tg是篩選配方的第一條件。在選配膠合劑時，要通過試驗方式完成對最終采用的支柱復合絕緣子法蘭膠的配制，確保其性能良好能夠滿足應用需求。

3.5.2 冷熱循環試驗

完成法蘭膠配制之后，為了對配制的黏合在高低溫情況下性能的考察，嚴格依據IEC標準循環試驗配制出的配方高低溫，經過試驗分析之后，在室溫環境下，球墨鑄鐵的粘結強度為17.52 MPa，而在室溫環境下不銹鋼黏結強度為16.06 MPa，這一實驗結果表明，通過配制制作而成的黏合劑的冷熱循環性能良好，對其進行應用，能夠滿足IEC標注要求。

3.5.3 固化黏合劑

對于配置黏合劑，最理想的固化條件為120 ℃、180 min，在該環境下固化，能夠使黏合劑固化效果達到最佳狀態。

4 結語

±800 kV直流支柱復合絕緣子制造是一項復雜工作，該項生產工作會應用到許多不同類型的施工技術，采用各項施工技術都會對最終生產的支柱復合絕緣子性能和應用造成直接影響。因此，相關工作人員需要加強對相關制造技術的探究，做好分析，確保制造技術的先進性和合理性。

參考文獻

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