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复合绝缘子

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为什么复合绝缘子均压环不能装反?

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为什么复合绝缘子均压环不能装反?

发布日期:2020-06-04 作者: 点击:

  复合绝缘子又称合成绝缘子,最早诞生于德国,至今已有30多年的运行经验。复合绝缘子首先在美、英、法、意、俄、日等国家得以迅速发展,并在世界范围内得到广泛的推广。中国的复合绝缘子生产起步较晚,于1974年由国家铁道研究院研制出环氧树脂绝缘子,1978年研制出硅橡胶复合绝缘子,并投入数千支产品试运行,取得了宝贵的运行经验。近10年内复合绝缘子在中国的使用量迅速增长,到1998年已经居世界第二位了,2000年起又开始在±500kV直流输电线路上大量使用。目前已经有大约600万支复合绝缘子运行在我国电力系统。

  硅橡胶复合绝缘子一般由两种以上的有机材料合成,它具有重量轻、强度高(芯棒)、抗冲击、耐污闪电压高、易安装、无需测零、遭雷击、污闪时不会发生绝缘击穿等优点,复合绝缘子由芯棒、护套、伞裙、端部金具及其附件组成,是重污秽区的首选。

  硅橡胶的原胶其机械强度很低,采用“过氧化物”为硫化剂,硫化温度为150℃~180℃,加热使有机氧化物分解与橡胶有机侧基形成交联,成为硫化硅橡胶胶(即高温硅橡胶)。硅橡胶采用加入气象法白炭黑(降低成本用沉淀法白炭黑,其强度大打折扣),以保证硅橡胶的抗拉、撕裂强度。

  在硅橡胶中加一定比例的“氢氧化铝细微粉末”,可明显提高硅橡胶的耐电弧烧灼能力。

  液态硅橡胶是指“官能度”为二的含乙烯基的聚二甲基硅氧烷,它分为两个组分,混合均匀后在铂化物的催化作用下产生“加成反应”,发生链增长和链交联,同时在90℃~110℃中温下硫化的一种硅橡胶。

  复合绝缘子属“全阻性”产品,它不同于瓷质、玻璃等盘形绝缘件、间隔钢帽、钢脚绝缘子串中间分布有杂散电容(盘形绝缘子因结构的特点有较大的纵向电容(约70-100PF),它能使导线的电场发生畸变,从而调整绝缘子轴向电压分布)。复合绝缘子在超高压线路中,它处在极不均匀的电场中,在导线附近只有比较短的距离处在高场强位置,中间相当长的绝缘串处于电场相对较低的位置,必须靠两端安装金属均压环来改善绝缘子串的分布电压,保护过电压短路、闪络时电弧对硅橡胶伞裙灼伤,保护两端芯棒、金具连接处不因漏电起痕及电蚀损破坏密封性能,金具与芯棒及护套等材料之间的界面,这是复合绝缘子最危险的界面,该界面处材料种类多,电场强度高,界面处空气容易发生电离,导致硅橡胶树枝状放电而使硅橡胶护套电蚀。造成该处界面直接与大气接触。在电场的作用下产生电晕,使空气中的氮气与氧气反应,产生亚硝酸酐,然后与水蒸气反应,生成亚硝酸,腐蚀芯棒,造成复合绝缘子脆断,酿成线路掉线的重大事故,另外高场强处金具端口附近极易产生电晕放电,可使以硅橡胶为主体材料的护套长期经受电晕的烧蚀,憎水性减弱直至消失。

复式绝缘子.png

  复合绝缘子两端装均压环,其环间的主电容C大小,正比于均压环的等效面积,反比于均压环间的距离。由于均压环等效面积(750px)小,绝缘子距离(10000px)长,因此其主电容C很小,复合绝缘子对地、铁塔和导线的杂散电容仍然起重要作用,其电场按杂散电容来分布是极不均匀的。

  复合绝缘子两端存在有均压环,增大了两端的主电容,减少了杂散电容的影响,达到了均压的目的。以500kV为例,没有安装均压环前,15%的芯棒上承担100%的工作电压;两端安装上均压环后,其55%的芯棒上承担100%的工作电压,可见其均压作用。尽管正常的复合绝缘子两端安装有均压环,但高压端的分布电压仍然有30kV∕cm左右,虽然此时的电场强度不会击穿空气,但在高电场下,复合绝缘子的硅橡胶护套、芯棒等还是容易因过大的泄漏电流,造成局部过热,引起局部放电和加速老化或电蚀现象。

  试验研究结论:瓷质、玻璃绝缘子串与硅橡胶复合绝缘子串的雷电冲击放电特性,均由其两端金属间的距离决定,在相同的环境条件情况下,绝缘子串两端金属间的干弧距离相同,其冲击放电电压值基本相同,若绝缘子串安装有均压环的话,它的干弧距离就是环间距离,此时的冲击放电特性在均压环间发生,与绝缘子串是否瓷质、玻璃或硅橡胶的材质无关。

  虽然均压环能改善复合绝缘子的整体分布电压,其效果还是没有盘形绝缘子串分布的均匀,但能明显地降低芯棒、金具连接处的场强。而改善场强与选择适当的均压环外径、管径尺寸外(实验证明:高压端均压环的管径r越大越能降低装环侧的端部场强和平均场强,当r>10mm时,端部场强可降低至空气击穿场强(3.0kV/cm)以下;均压环半径R太小,会使距高压侧10%的绝缘距离处场强有增大趋势,而均压环半径R越大越能降低平均场强,使电场分布更均匀,因此推荐500kV高压端均压环半径R一般取250mm~300mm为宜)。还与均压环深入(抬高)伞裙的距离有很大的关系,当均压环的深入距Δh≈0,均压环开口平面处的芯棒、金具连接处将承受场强,如果其场强值超过空气击穿场强(30 kV/cm)时,将发生较严重的电晕放电,这类集中电场会使硅橡胶材料中的微孔隙、材料缺陷或不同界面处产生漏电起痕,,即在约6%的长度绝缘子串上要承受25%~30%的运行电压,从而加速芯棒老化和硅橡胶护套因电蚀穿孔而导致密封性能破坏,引发复合绝缘子芯棒断裂掉串事故。试验证明:330kV复合绝缘子施加190kV试验电压,均压环深入距Δh=0时,测得芯棒、钢脚压接处场强超过5.5kV/cm~6.5kV/cm,伞裙上分布电压达28kV~34kV(占运行电压的20%~26%)。当均压环罩入屏蔽住2~4个伞裙(即抬高120mm~150mm)时,芯棒端部连接处场强降低到0.4kV/cm~1.6kV/cm,伞裙分布电压仅为运行电压的10%。但若均压环深入距太深,会缩短了横担、导线间的干弧距离,降低了绝缘子串的雷电冲击放电电压值。另外线路施工及工程竣工验收时,绝大多数单位都没有按复合绝缘子均压环的深入尺寸进行验收,普遍采用在地面以目测方式观察复合绝缘子的上下均压环开口是否对齐来检验它的整个安装质量。由于有的员工对均压环的原理不什么清楚,工程中有发现反装现象,合成绝缘子高压侧均压环正确安装时金具端部场强为14.12kV/cm,倒装时为30.79 kV/cm,当均压装置反装时,倒装后使高压侧金具端部场强比正确安装时增大.

  由于高压侧均压环倒装,起始电晕电压只有276kV,比正常运行电压低,当线路在最高运行电压318kV时,高压侧芯棒护套与金具端头联接处有强烈的可见电晕放电,并形成刷状放电,其刷状放电前沿抵达绝缘子高压侧的个大伞裙。如长期在此状况下,将会加速端部界面密封胶的电蚀和开裂。

  说明均压环的正确安装,对复合绝缘子的电气性能影响很大。其次有的单位还出现将原设计的悬垂双串盘形防污玻璃绝缘子串更换成复合绝缘子时,未将盘形双串的FJP-500XDL(腰子形)均压环同时更换,错误地将原盘形绝缘子的腰子形均压环来替代随新复合绝缘子带来的圆形均压环,从而在更换后运行不到一年时间,再次发生新更换的复合绝缘子芯棒脆断事故。


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