鳥啄損傷對復(fù)合絕緣子運(yùn)行性能的影響研究

盧 明， 高 超，， 楊曜成， 李 黎， 盛從兵， 張世堯

（1. 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，河南 鄭州 450052；2. 華中科技大學(xué) 電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢 430070；3. 國網(wǎng)濮陽供電公司，河南 濮陽 457000）

0 引 言

復(fù)合絕緣子具有良好的電氣性能、優(yōu)越的耐電蝕性，在35、110、220 kV 線路上應(yīng)用較多。雖然復(fù)合絕緣子運(yùn)行穩(wěn)定性良好，但外部環(huán)境帶來的安全問題不容忽視[1-3]。隨著生態(tài)環(huán)境的改善，鳥類數(shù)量增多，輸電線路上的復(fù)合絕緣子經(jīng)常出現(xiàn)被鳥啄而導(dǎo)致?lián)p傷的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的電瓷絕緣子和玻璃絕緣子因材質(zhì)較硬，鳥啄傳統(tǒng)絕緣子所造成的損傷程度較小，表面很少出現(xiàn)直接性傷痕[4-5]，沒有發(fā)生過因鳥啄而引起絕緣子出現(xiàn)問題的案例。

復(fù)合絕緣子的鳥啄損傷可以分為鳥啄傘裙損傷和鳥啄護(hù)套損傷。傘裙是用來緩解外部環(huán)境對絕緣子芯棒的影響，但鳥啄后傘裙會產(chǎn)生缺口，甚至產(chǎn)生貫穿性損傷，這種破壞程度改變了絕緣子的結(jié)構(gòu)，極大地影響了絕緣子的電氣性能[6-8]；復(fù)合絕緣子芯棒外包裹著一層絕緣護(hù)套，護(hù)套與傘裙一同組成絕緣子的外部絕緣結(jié)構(gòu)，護(hù)套的存在可以保護(hù)芯棒免受潮濕天氣的侵蝕，而隨著鳥啄現(xiàn)象的發(fā)生，絕緣子護(hù)套會遭到撕裂，致使芯棒直接與外部環(huán)境接觸。在外部環(huán)境較為濕潤的情況下，裸露的芯棒接觸潮濕環(huán)境會產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，引起安全事故，嚴(yán)重條件下芯棒容易發(fā)生脆斷等惡性事故。相比較而言，鳥啄護(hù)套損傷更加危險(xiǎn)，需要嚴(yán)格防范[9-10]。

為避免鳥啄復(fù)合絕緣子損傷后帶來的安全問題，需要對遭受鳥啄受損后的復(fù)合絕緣子老化狀態(tài)進(jìn)行研究。針對復(fù)合絕緣子的老化狀態(tài)，國內(nèi)外研究人員采用表面觀察、硬度測試、掃描電鏡、能譜分析等傳統(tǒng)方法進(jìn)行研究[11-13]。近年來國內(nèi)外研究人員還提出了基于熱刺激電流（TSC）的檢測法、傅里葉紅外光譜分析法（FTIR）等新型老化狀態(tài)檢測方法[14-16]。文獻(xiàn)[17-18]利用紫外成像儀對復(fù)合絕緣子污穢、放電和缺陷進(jìn)行檢測，結(jié)果表明復(fù)合絕緣子電暈放電檢測到的光子越多，復(fù)合絕緣子老化越嚴(yán)重；文獻(xiàn)[19-21]研究了RTV 硅橡膠材料的電暈老化并對壽命進(jìn)行評估，提出紅外光譜分析法（FTIR）能評估復(fù)合絕緣子的老化狀態(tài)。類似復(fù)合絕緣子老化狀態(tài)的評估方法較多，但目前對復(fù)合絕緣子老化運(yùn)維開展的研究更多是從復(fù)合絕緣子材料、電氣性能等角度進(jìn)行評估，少有針對鳥啄復(fù)合絕緣子后護(hù)套、傘裙破損所存的問題進(jìn)行相關(guān)研究。并且大多數(shù)針對復(fù)合絕緣子老化性能的研究只考慮單一特性指標(biāo)，缺少對絕緣子硅橡膠老化程度、力學(xué)性能與電氣性能的綜合考慮。

基于上述分析，針對當(dāng)下復(fù)合絕緣子長期遭鳥啄后傘裙與護(hù)套老化破損的問題，開展鳥啄損傷對復(fù)合絕緣子運(yùn)行性能的影響研究是必要的。本文以上述內(nèi)容為背景，考慮運(yùn)行年限、運(yùn)行環(huán)境和鳥啄后本體缺失程度，針對鳥啄復(fù)合絕緣子和人工缺陷樣品進(jìn)行力學(xué)性能和電氣性能試驗(yàn)；針對不同鳥啄后本體缺失程度、缺失部位開展電場仿真，研究鳥啄后復(fù)合絕緣子本體電場分布的變化規(guī)律；開展人工加速老化試驗(yàn)，研究復(fù)合絕緣子護(hù)套被鳥啄后，在局部放電、水分、酸、熱、機(jī)械應(yīng)力等多種因素長期作用下復(fù)合絕緣子長期運(yùn)行時(shí)芯棒裸露對其力學(xué)性能的影響。

1 鳥啄后機(jī)電性能分析

國內(nèi)某市電網(wǎng)公司所使用的220 kV 輸電線路復(fù)合絕緣子在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的鳥啄情況，本研究從現(xiàn)場抽取4 只220 kV 典型鳥啄復(fù)合絕緣子樣品進(jìn)行性能測試。

1.1 外觀檢測

對抽取的4 只鳥啄復(fù)合絕緣子進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)其表面均有一定程度的積污，在端部護(hù)套處有嚴(yán)重的啄食情況，導(dǎo)致端部金具清晰可見，密封性能下降。每只復(fù)合絕緣子的傘裙部分也有較為嚴(yán)重的鳥啄損傷，每根復(fù)合絕緣子傘裙上約有40處啄食傷口。圖1 為復(fù)合絕緣子被鳥啄受損后的實(shí)物圖。

圖1 鳥啄復(fù)合絕緣子外觀Fig.1 Appearance of bird pecking composite insulators

1.2 傘裙硬度檢測

對抽取的4只鳥啄復(fù)合絕緣子傘裙進(jìn)行邵氏硬度測試，根據(jù)GB/T 531.2—2008 相關(guān)要求，將硬度計(jì)壓針垂直放置于樣品表面且距離其邊緣12 mm，其中壓針與樣品接觸面盡可能平實(shí)，測量傘裙樣品中硅橡膠厚度超過6 mm 的位置。選擇5 處不同位置進(jìn)行測量，每次沿傘片內(nèi)側(cè)向外側(cè)測量，各處測量位置的間距為6 mm，測試結(jié)果如表1 所示。從表1 可以看出，從運(yùn)行線路上抽取的鳥啄復(fù)合絕緣子傘裙出現(xiàn)一定程度的硬化情況。

表1 鳥啄復(fù)合絕緣子傘裙邵氏硬度測量結(jié)果Tab.1 Shore hardness measurement results of bird pecking composite insulator umbrella skirt

1.3 憎水性檢測

根據(jù)GB/T 19519—2014 和GB/T 24622—2009的相關(guān)要求，對鳥啄復(fù)合絕緣子開展憎水性試驗(yàn)，采用噴霧法進(jìn)行檢測，結(jié)果如圖2 所示。從圖2 可以看出，在復(fù)合絕緣子的高壓側(cè)、中部、低壓側(cè)等位置憎水性能表現(xiàn)大致相同，憎水性等級為HC2～HC3 級，表明鳥啄損傷復(fù)合絕緣子的憎水性影響程度較弱。

圖2 鳥啄復(fù)合絕緣子憎水性檢測結(jié)果Fig.2 Hydrophobicity test results of bird pecking composite insulators

1.4 額定機(jī)械負(fù)荷耐受與交流耐壓試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 19519—2014 相關(guān)要求，對鳥啄復(fù)合絕緣子進(jìn)行額定機(jī)械負(fù)荷（SML）耐受實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖3 所示。從圖3 可以看出，實(shí)驗(yàn)力由0 kN 增大到160 kN，經(jīng)過150 s 后，對接受實(shí)驗(yàn)的復(fù)合絕緣子樣品進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)損傷情況。根據(jù)GB/T 775.2—2003 相關(guān)要求，對鳥啄復(fù)合絕緣子開展交流耐壓測試，對電壓等級為220 kV的受損絕緣子施加450 kV工頻電壓，通過測試發(fā)現(xiàn)受損絕緣子表面未出現(xiàn)擊穿與閃絡(luò)現(xiàn)象，受損絕緣子通過耐壓檢測。

圖3 鳥啄復(fù)合絕緣子機(jī)械耐受實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Experimental results of mechanical tolerance of bird pecking composite insulators

2 鳥啄傘裙損傷對性能的影響分析

2.1 傘裙損傷人工模擬

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)棒形懸式復(fù)合絕緣子高壓端傘裙受鳥啄現(xiàn)象較為嚴(yán)重，大部分集中于絕緣子前置位傘裙，被鳥啄后的傘裙受損部位主要表現(xiàn)為弧狀缺口。據(jù)統(tǒng)計(jì)絕緣子每組傘裙被鳥啄的缺口一般在4處以內(nèi)，所造成的損傷占比為14%[22-24]。

采用人工模擬鳥啄傘裙損傷來研究鳥啄復(fù)合絕緣子的電氣性能。人工模擬步驟為：首先選擇受損傘裙，受損缺口為弧狀；確定受損數(shù)量x與破壞程度y%，其中x一般取4，y%為損傷面積占比，x1為第1處損傷，破壞程度為y1%；x2為第2 處損傷，損傷面積占比為（y1/2）%；x3為第3 處損傷，損傷面積占比為（y1/3）%；x4為第4 處損傷，損傷面積占比為（y1/4）%。對確定好的受損傘裙進(jìn)行人工破壞后完成模擬，人工模擬步驟如圖4所示。

圖4 棒形懸式復(fù)合絕緣子鳥啄傘裙人工模擬步驟Fig.4 Artificial simulation on bird pecking umbrella skirt of rod type suspension composite insulator

對FXBW-35/70 型電壓等級為35 kV、FXBW4-110/120 型電壓等級為110 kV、FXBW4-220/100 型電壓等級為220 kV 的棒形懸式復(fù)合絕緣子采用上述人工模擬步驟破壞傘裙來進(jìn)一步研究復(fù)合絕緣子的性能變化。其中被模擬破壞后的絕緣子參數(shù)如表2所示，圖5為3種電壓等級復(fù)合絕緣子各傘裙同一位置處模擬受損的實(shí)物圖。從圖5 可以看出，各傘裙均為相同部位受損，但受損程度不同。

表2 3種電壓等級棒形懸式復(fù)合絕緣子模擬參數(shù)Tab.2 Simulation parameters of rod suspension composite insulators of three voltage levels

圖5 1處損傷下棒形懸式復(fù)合絕緣子不同損傷程度示意圖Fig.5 Schematic diagram of different damage degrees of rod type suspension composite insulators with one damage

2.2 傘裙損傷對沿面電場分布特性的影響

將3種不同型號不同電壓等級的棒形懸式復(fù)合絕緣子進(jìn)行人工模擬鳥啄傘裙損傷，對模擬后的復(fù)合絕緣子開展電場強(qiáng)度仿真分析，針對破壞程度一致但受損數(shù)量不同的絕緣子進(jìn)行研究。

對損傷面積占比為14%的3種不同電壓等級復(fù)合絕緣子進(jìn)行電場強(qiáng)度仿真，得到復(fù)合絕緣子沿面距離不同處的電場強(qiáng)度，研究復(fù)合絕緣子每組傘裙受損數(shù)量不同時(shí)的電場分布特性，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同受損數(shù)量復(fù)合絕緣子沿面電場分布Fig.6 Surface electric field distributions of composite insulators with different amount of damage

從圖6可以看出，隨著電壓等級的增加，復(fù)合絕緣子沿面電場強(qiáng)度的波動幅度變大；相同電壓等級的復(fù)合絕緣子隨著傘裙受損數(shù)量的增加，沿面電場強(qiáng)度的變化幅度較小，基本無差異；不同電壓等級的絕緣子沿面距離越小電場強(qiáng)度越大，電場強(qiáng)度最大值位于絕緣子高壓段側(cè)。

為進(jìn)一步研究破壞程度一致但受損數(shù)量不同的復(fù)合絕緣子電場分布特性，仿真分析損傷面積占比為14%的3種不同電壓等級絕緣子沿面電場強(qiáng)度的最大值，結(jié)果如圖7所示。

圖7 不同受損數(shù)量的3種電壓等級復(fù)合絕緣子沿面電場強(qiáng)度最大值Fig.7 The maximum surface electric field strength of composite insulators of three voltage levels with different amount of damage

從圖7中可以看出，相較完好的復(fù)合絕緣子，傘裙受損的絕緣子沿面電場強(qiáng)度最大值增大，如35 kV 復(fù)合絕緣子在受損數(shù)量為1～4 處時(shí)的電場強(qiáng)度最大值分別為3.45、3.43、3.40、3.38 kV/cm，比完好的復(fù)合絕緣子電場強(qiáng)度分別增大了0.06、0.05、0.04、0.03 kV/cm，這是復(fù)合絕緣子在受損后高低壓間的電容降低導(dǎo)致的，同時(shí)隨著受損數(shù)量的增加，電場強(qiáng)度的增幅減小，這是由于在受損面積占比一定的情況下，鳥啄受損數(shù)量越多，復(fù)合絕緣子高低壓間的電容下降幅度越小。

從圖7還可以看出，隨著受損數(shù)量的增加，絕緣子沿面電場強(qiáng)度的最大值有所下降，并且隨著復(fù)合絕緣子電壓等級的增加，受損數(shù)量的變化對復(fù)合絕緣子電場強(qiáng)度的影響明顯減弱。如圖7受損數(shù)量為1 處時(shí)，不同電壓等級絕緣子的電場強(qiáng)度分別最大值為3.45、2.98、4.09 kV/cm，當(dāng)受損數(shù)量到達(dá)4 處時(shí)，電場強(qiáng)度最大值分別下降了1.45%、0.64%、0.47%。主要是因?yàn)楦唠妷旱燃壍慕^緣子一般為維持其電氣性能穩(wěn)定性，會在高壓端加上均壓環(huán)，使得電壓等級與結(jié)構(gòu)高度均增加，絕緣子的電場分布得以改善。

2.3 傘裙損傷對復(fù)合絕緣子交流污閃特性的影響

一般而言，復(fù)合絕緣子會因外部環(huán)境造成其表面產(chǎn)生濕潤的導(dǎo)電性污層，從而使得復(fù)合絕緣子表面電流增加，閃絡(luò)電壓下降。鳥啄傘裙后復(fù)合絕緣子表面的爬電距離發(fā)生改變，導(dǎo)致復(fù)合絕緣子表面污閃特性受到影響。

下面對人工模擬鳥啄傘裙對復(fù)合絕緣子交流污閃性能的影響進(jìn)行研究，選擇污穢程度ESDD=0.1 mg/cm2，損傷面積占比分別為6%、14%、28%的3種不同電壓等級復(fù)合絕緣子進(jìn)行仿真分析，研究不同損傷面積占比與不同受損數(shù)量的復(fù)合絕緣子污閃電壓的變化。

復(fù)合絕緣子的爬電距離可以由復(fù)合絕緣子承載運(yùn)行電壓的兩個(gè)導(dǎo)電部件間沿絕緣表面的最短距離來表示，由于鳥啄傘裙會導(dǎo)致復(fù)合絕緣子損傷，使爬電距離發(fā)生變化，鳥啄前后爬電距離的變化值即為縮短的爬電距離，也稱“縮爬距離”，下面的研究中復(fù)合絕緣子不同損傷面積占比用縮爬距離表示。

選擇受損數(shù)量為1 處的3 種不同電壓等級復(fù)合絕緣子進(jìn)行仿真，研究不同縮爬距離對復(fù)合絕緣子表面污閃電壓造成的影響，其中不同縮爬距離表示絕緣子不同的損傷面積占比，仿真結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同縮爬距離的3種電壓等級復(fù)合絕緣子交流污閃電壓Fig.8 AC pollution flash voltage of composite insulators of three voltage levels with different shrinking distance

從圖8 可以看出，隨著傘裙受損面積占比的增加，復(fù)合絕緣子的污閃電壓逐漸降低，如220 kV 復(fù)合絕緣子在縮爬距離分別為148.5、289.5、520.2 mm時(shí)的污閃電壓比無損時(shí)復(fù)合絕緣子的污閃電壓分別下降了14.36、22.98、31.58 kV。主要原因是鳥啄傘裙受損后，隨著受損面積占比的增加，復(fù)合絕緣子表面的受損缺口變大，使得表面爬電距離減小，造成污閃電壓下降，同時(shí)鳥啄后傘裙缺口處電場分布特性會產(chǎn)生畸變，使得絕緣子的污閃電壓降低。

選擇污穢度ESDD=0.1 mg/cm2、損傷面積占比為14%的3 種不同電壓等級復(fù)合絕緣子進(jìn)行仿真，研究不同受損數(shù)量對絕緣子表面污閃電壓造成的影響，仿真結(jié)果如圖9所示。

從圖9 可以看出，在鳥啄復(fù)合絕緣子受損面積占比一定的情況下，隨著受損數(shù)量的增加，復(fù)合絕緣子污閃電壓的變化程度降低，接近傘裙無損時(shí)的污閃電壓值。如35 kV 復(fù)合絕緣子在受損位置為1～4 處時(shí)的污閃電壓分別為285.13、288.68、293.20、295.47 kV，與35 kV 復(fù)合絕緣子在無損時(shí)的閃絡(luò)電壓值（300 kV）相比分別下降了14.87、11.32、6.80、4.53 kV。主要是因?yàn)殡S著受損數(shù)量的增加，復(fù)合絕緣子表面爬電距離下降的程度減緩，同時(shí)由于損傷面積占比一定，受損數(shù)量的增加造成傘裙缺口處電場分布特性的畸變程度減小。

3 鳥啄護(hù)套損傷對性能的影響分析

在復(fù)合絕緣子實(shí)際運(yùn)行過程中，護(hù)套一旦被鳥啄出現(xiàn)損傷，芯棒會直接暴露在空氣中。鳥啄部位會引起電場畸變，導(dǎo)致局部場強(qiáng)升高，存在閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)[10,25]。本文開展護(hù)套破損后的復(fù)合絕緣子老化研究，重點(diǎn)針對電、熱、酸3 種因素開展人工加速芯棒老化試驗(yàn)。

3.1 電蝕損實(shí)驗(yàn)

利用鹽霧條件下電蝕損的方式在實(shí)驗(yàn)室人工模擬鳥啄后護(hù)套裸露的絕緣子芯棒及交界面劣化情況，人工模擬護(hù)套損傷復(fù)合絕緣子樣品如圖10所示。

圖10 人工模擬鳥啄護(hù)套損傷復(fù)合絕緣子樣品Fig.10 Composite insulator with bird pecking sheath damage through artificial simulation

對護(hù)套部分缺失的短樣品在10 kV 高壓下進(jìn)行電蝕損試驗(yàn)，在電導(dǎo)率為2 mS/cm 的鹽霧中試驗(yàn)30 h 后，得到芯棒試驗(yàn)前后的表面形貌如圖11 所示。從圖11 可以看出，當(dāng)護(hù)套出現(xiàn)缺損時(shí)，芯棒表面出現(xiàn)的電蝕損缺陷較為明顯。護(hù)套保護(hù)的芯棒具有較強(qiáng)的抗蝕損能力，護(hù)套包覆越多，蝕損程度越小。考慮到工程實(shí)際，在線運(yùn)行的復(fù)合絕緣子往往時(shí)間跨度長，實(shí)際承受的電壓等級高，局部場強(qiáng)大，放電能量也比實(shí)驗(yàn)室中的模擬試驗(yàn)高得多，因此即使是現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的較小的護(hù)套損傷，在工況下長期運(yùn)行也有可能逐步發(fā)展為為明顯的缺陷，應(yīng)當(dāng)引起重視。

圖11 電蝕損試驗(yàn)前后試樣形貌對比Fig.11 Comparison of sample morphology before and after electrical erosion test

3.2 酸浸實(shí)驗(yàn)

對受到酸蝕后芯棒的老化特性進(jìn)行研究，將芯棒浸入不同濃度的硝酸中，為防止硝酸揮發(fā)，使用平口燒杯盛放硝酸，燒杯口使用玻璃板蓋住，并使用硅脂和硅橡膠進(jìn)一步密封接觸面的縫隙，最后將密封好的燒杯避光保存。不同濃度硝酸浸泡后的芯棒表面形貌如圖12 所示。從圖12 可以看出，當(dāng)硝酸濃度較低時(shí)（1 mol/L），芯棒表面僅有輕微變色，但材料無明顯劣化痕跡。當(dāng)硝酸濃度達(dá)到5 mol/L時(shí)，芯棒表層明顯發(fā)黃、酥化，酥化深度約為1 mm，可以輕易剝離下來。隨著硝酸濃度的增加，表層酥化深度增加。

圖12 不同濃度硝酸浸泡后芯棒表面形貌圖Fig.12 Surface topography of mandrel soaked in different concentrations of nitric acid

為了分析酸蝕對芯棒力學(xué)性能的影響，將芯棒樣品長期（30 天）浸泡在濃硝酸中，之后測試其應(yīng)力-應(yīng)變曲線。為了使酸液充分浸潤芯棒，根據(jù)GB/T 1040.4—2006 相關(guān)要求，將芯棒中部加工成截面為矩形的細(xì)條，中間較細(xì)部分尺寸為2 mm×2 mm，長度為40 mm，形貌如圖13所示。

圖13 力學(xué)性能試驗(yàn)樣品Fig.13 Mechanical properties test sample

酸蝕芯棒力學(xué)性能測試結(jié)果如圖14 所示。從圖14可以看出，經(jīng)過長期酸蝕后芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力為1 130 MPa 左右，與正常芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力相比略有下降，但遠(yuǎn)高于復(fù)合絕緣子額定載荷對應(yīng)的拉伸應(yīng)力值（524 MPa），說明酸浸30 天后的芯棒力學(xué)性能仍能滿足運(yùn)行要求。但在放電、機(jī)械應(yīng)力共同作用下，經(jīng)過長時(shí)間的酸性介質(zhì)侵蝕后，在線運(yùn)行的復(fù)合絕緣子存在斷串的風(fēng)險(xiǎn)。

圖14 酸浸30天后芯棒應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.14 Stress-strain curves of mandrel after acid soaking for 30 days

3.3 熱老化實(shí)驗(yàn)

鳥啄后芯棒局部放電可能引起異常溫升的問題應(yīng)受到重視。在前面的電蝕損實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)電源電壓等級遠(yuǎn)低于實(shí)際運(yùn)行的電壓等級，且為了加速老化，人為剪除的護(hù)套面積過大，使得放電釋放的熱不能很好地累積，因此未能觀察到異常溫升現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)單獨(dú)考察高溫對于芯棒的劣化作用。

分別在300、400、500℃下加熱芯棒3 h，高溫處理后芯棒的形貌如圖15 所示。從圖15 可以看出，當(dāng)溫度由300℃升至500℃時(shí)，芯棒表面老化程度明顯加深。

圖15 不同溫度下熱老化芯棒的外觀形貌Fig.15 Appearance of mandrel thermal ageing at different temperatures

為了分析高溫處理對芯棒材料的影響，通過傅里葉紅外光譜測試了高溫處理前后芯棒的化學(xué)成分變化，結(jié)果如圖16所示。

圖16 熱老化后芯棒的紅外光譜Fig.16 Infrared spectra of mandrel after thermal ageing

從圖16可以看出，熱處理前后各樣品紅外吸收峰的差異主要集中在波數(shù)為2 000～500 cm-1范圍內(nèi)。由圖16(b)可知，高溫處理后芯棒對應(yīng)醚鍵的吸收峰（波數(shù)為1 245 cm-1）明顯低于正常芯棒。在波數(shù)為1 050～750 cm-1、500～400 cm-1范圍內(nèi)，高溫處理后芯棒的吸收峰高于正常芯棒。

為了使芯棒受熱均勻，使用溫度可控的加熱線圈對芯棒進(jìn)行加熱，并通過接觸式溫度計(jì)測試芯棒表面的實(shí)際溫度，分別在9 種高溫下對芯棒樣品進(jìn)行5、25、50、100、200、300、400 h 的長時(shí)間高溫處理，然后在萬能試驗(yàn)機(jī)上測試芯棒的拉伸性能，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線。為了減少試驗(yàn)結(jié)果的誤差，每種溫度、加熱時(shí)間組合下試驗(yàn)的芯棒樣品數(shù)量為3支，不同溫度下高溫處理5 h 后芯棒的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如圖17 所示。從圖17 可以看出，隨著溫度的升高，芯棒的拉伸應(yīng)力峰值越來越低，拉伸應(yīng)力下降速度變快，這表明溫度越高，芯棒拉伸強(qiáng)度越低。

圖17 不同溫度下高溫處理5 h后芯棒力學(xué)性能測試結(jié)果Fig.17 Test results of mechanical properties of mandrel treated at different temperature for 5 h

圖18 為對不同溫度下高溫處理5、25、50、100、200、300、400 h 后芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力測試結(jié)果。從圖18 可以看出，芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力與溫度、加熱時(shí)間相關(guān)。當(dāng)加熱溫度低于240℃時(shí)，芯棒樣品的拉伸斷裂應(yīng)力在經(jīng)過400 h 的高溫處理后無明顯下降，當(dāng)溫度達(dá)到260℃時(shí)，加熱5 h 后芯棒樣品的拉伸斷裂應(yīng)力降為920 MPa左右。這表明加熱溫度越高、加熱時(shí)間越長，芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力越小。隨加熱時(shí)間的增加，芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力下降速度逐漸變緩，而隨著溫度的升高，芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力快速下降，當(dāng)加熱溫度為360℃時(shí)，經(jīng)過5 h 的加熱，芯棒的拉伸斷裂應(yīng)力已經(jīng)降到300 MPa左右，而對于額定載荷為240 kN的500 kV復(fù)合絕緣子，其芯棒的額定機(jī)械應(yīng)力為530.7 MPa，可以發(fā)現(xiàn)芯棒的機(jī)械應(yīng)力已經(jīng)無法滿足運(yùn)行要求。

圖18 不同加熱時(shí)長下芯棒拉伸斷裂應(yīng)力Fig.18 Tensile fracture stress of mandrel with different heating duration

4 結(jié) 論

（1）鳥啄后復(fù)合絕緣子端部金具清晰可見，密封性能下降，傘裙出現(xiàn)硬化情況，復(fù)合絕緣子表面憎水性能良好；在額定機(jī)械負(fù)荷下對鳥啄復(fù)合絕緣子開展150 s 的負(fù)荷耐受檢測，樣品通過檢測；對鳥啄樣品進(jìn)行450 kV 電壓的交流耐壓試驗(yàn)，樣品通過試驗(yàn)，機(jī)電性能保持良好，交流耐壓能力滿足設(shè)備運(yùn)行需求。

（2）鳥啄復(fù)合絕緣子傘裙受損后會使其沿面電場強(qiáng)度最大值增加，污閃電壓下降；當(dāng)復(fù)合絕緣子受損面積占比一定時(shí)，隨著受損數(shù)量的增加，沿面電場強(qiáng)度最大值增幅減小，交流污閃電壓下降程度減小；復(fù)合絕緣子外部結(jié)構(gòu)越高、電壓等級越大時(shí)，傘裙受損對沿面電場強(qiáng)度最大值和交流污閃電壓的影響逐漸越弱。

（3）提出護(hù)套損傷對交界面性能的影響較大，硅橡膠護(hù)套防透水性能較弱，護(hù)套未受損時(shí)在芯棒缺陷條件下仍有水分侵入風(fēng)險(xiǎn)，在局部放電、水分、酸、熱、機(jī)械應(yīng)力等多種因素長期作用下局部發(fā)熱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步加劇，存在芯棒材料老化、力學(xué)性能下降的可能，嚴(yán)重時(shí)可能引起斷串，需要在運(yùn)行時(shí)特別關(guān)注。