復(fù)合絕緣子
為了提高絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度、絕緣強(qiáng)度和耐污閃性能，提高生產(chǎn)效率和降低成本，克服電瓷和玻璃絕緣子固有的缺點(diǎn)，適應(yīng)電力系統(tǒng)的發(fā)展，世界各國均著手研制以高分子有機(jī)材料基材料的復(fù)合絕緣子，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電瓷和玻璃絕緣子。自19世紀(jì)末出現(xiàn)高壓輸電線路以來，瓷絕緣子用于高壓外絕緣領(lǐng)域已有100多年歷史，隨著電壓等級的提高，絕緣子所受的機(jī)點(diǎn)負(fù)荷的加重，以及大氣污染的加劇，瓷絕緣子在使用中暴露出性能上的缺陷。復(fù)合絕緣子的使用彌補(bǔ)了瓷絕緣子的缺陷與弱點(diǎn)。
早在20世紀(jì)40年代中期，雙酚環(huán)氧樹脂絕緣子就開始用于戶內(nèi)絕緣。這種絕緣子重量輕，耐沖擊能力強(qiáng)，易于加工成復(fù)合的絕緣結(jié)構(gòu)。但由于其耐老化性能、耐漏電起跡及耐點(diǎn)蝕性能差，不能用于戶外。20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了性能更好的脂環(huán)族樹脂絕緣子，60年代初，已有少量此類絕緣子運(yùn)行于400kV輸電線路以及500kV電站。60年代末70年代初，歐洲及美國開始制造用于輸電線路的聚合物絕緣子。早眾多的聚合物中，高溫硫化硅橡膠在耐老化、耐惡劣環(huán)境方面優(yōu)于乙丙橡膠等其他材料，得到了更為廣泛的應(yīng)用。
隨著時(shí)代的發(fā)展，復(fù)合絕緣子不斷獲得改進(jìn)和改善。針對早期復(fù)合絕緣子在運(yùn)行中所暴露的問題，除改善了傘裙的配方外，還增加了芯棒的機(jī)械強(qiáng)度和耐水解的性能，改進(jìn)了粘接劑的材質(zhì)和復(fù)合絕緣子兩端的金具的密封結(jié)構(gòu)和金具卡裝結(jié)構(gòu)，從而使復(fù)合絕緣子的整體性能得到了改善。
我國電力部門及生產(chǎn)廠家在多年的懸掛式復(fù)合絕緣子應(yīng)用與制造的經(jīng)驗(yàn)中，也逐漸體會(huì)到復(fù)合絕緣子除耐污性能優(yōu)異外的其他諸多優(yōu)點(diǎn)，如重量輕、體積小、不易破碎、運(yùn)輸安裝方便、生產(chǎn)工藝簡單、廢品率低、生產(chǎn)耗能低、生產(chǎn)過程對環(huán)境污染小等。在野外施工及運(yùn)行維護(hù)時(shí)，電力部門對復(fù)合絕緣子的優(yōu)點(diǎn)則有更深刻的認(rèn)識，從而不斷擴(kuò)大了硅橡膠絕緣子的應(yīng)用范圍，在不少輕污穢區(qū)或清潔公司也開始推廣使用復(fù)合絕緣子。
復(fù)合絕緣子（composite insulator）又稱合成絕緣子、非瓷制絕緣子、聚合物絕緣子、橡膠絕緣子等，其主要結(jié)構(gòu)一般由傘裙護(hù)套（hosing and shed）、玻璃鋼芯棒（FRP core）和端部金具（end-fitting）三部分組成。其中傘裙護(hù)套一般由有機(jī)合成材料制成、如乙丙橡膠、高溫硫化硅橡膠等；FRP芯棒一般是玻璃纖維做作增強(qiáng)材料、還氧樹脂做基體的玻璃符合材料；端部金具一般是外表鍍有熱鋅鋁的碳素鋼或者碳素結(jié)構(gòu)鋼。
早期的復(fù)合絕緣子芯棒與傘裙的連接方法是利用傘裙套內(nèi)徑與芯棒外徑的負(fù)公差，夸張?zhí)淄?，將單個(gè)傘裙逐個(gè)擠套在芯棒上，芯棒與散套界面用介電類粘接劑密封粘接，由此形成早期的復(fù)合絕緣子生產(chǎn)工藝，第二帶復(fù)合絕緣子為了保護(hù)芯棒免受外界潮濕大氣的侵蝕，開始先在芯棒上包一層彈性材料護(hù)套，再用介電類粘接劑將傘裙護(hù)套、粘接在護(hù)套上，第三帶工藝生產(chǎn)的復(fù)合絕緣子也有不少采用護(hù)套保護(hù)芯棒的方法，但是護(hù)套是由擠包機(jī)直接擠出包裹在芯棒上的。
芯棒受力的合理與否，對絕緣子的機(jī)械壽命影響甚大，因此端部結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)與安裝是關(guān)系復(fù)合絕緣子機(jī)械性能的關(guān)鍵。復(fù)合絕緣子的端部連接部分為內(nèi)楔式、外楔式、機(jī)械擠壓、膠裝四種。經(jīng)過多年的發(fā)展，國外已逐漸放棄了早期的內(nèi)、外鍥式的傳統(tǒng)連接工藝，代之以機(jī)械擠壓極粘接劑連接，而國內(nèi)目前情況是以上四種工藝并存。
復(fù)合絕緣子根據(jù)使用特點(diǎn)不同，其端部金具的結(jié)構(gòu)也不同，國內(nèi)用于輸電線路的合成絕緣子大都采用"球頭-碗頭"的結(jié)構(gòu)型式。金屬端頭的設(shè)計(jì)除了滿足抗張強(qiáng)度、滿足要求、與芯棒可靠連接以外，還需要滿足在高電壓下應(yīng)用的特殊要求。復(fù)合絕緣子一般都制成棒形，自身電容小。因此絕緣子表面的電壓分布很不均勻。這樣，在正常工作時(shí)，產(chǎn)生的電暈將帶來危害，因此需要采用均壓措施，此外，合成絕緣材料不能耐受幾十千安電流的電弧，在短路故障時(shí)會(huì)使靠近導(dǎo)線和桿塔處的傘盤燒毀，因此需要采用引弧措施，國內(nèi)外普遍采用加裝均壓環(huán)的方法來均勻端部電場，減弱電暈，引開故障電弧。
復(fù)合絕緣子的均壓環(huán)是復(fù)合絕緣子的一個(gè)組成部分，其作用是：控制絕緣子內(nèi)部電場強(qiáng)度，避免內(nèi)部局部放電，減小外部、特別是金屬連接部件表面的局部電場強(qiáng)度，減小無線電干擾，引開工頻電弧，避免燒損絕緣子表面，以及盡量減小靠近端部表面的局部電場強(qiáng)度，提高其抗污閃性能。為了完成不同的作用，均壓環(huán)的設(shè)計(jì)可以是不同的，目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
復(fù)合絕緣子是需要長期運(yùn)行的外絕緣器件，設(shè)計(jì)要求其使用壽命一般至少為30~50年。在長期運(yùn)行中，復(fù)合絕緣子承受的載荷形式是變化的但主要的基礎(chǔ)負(fù)荷是拉伸載荷，因此，對長期機(jī)械性能的研究主要是拉伸性能的研究。復(fù)合絕緣子長期拉伸性能的一個(gè)*大特點(diǎn)是當(dāng)載荷超過強(qiáng)度極限時(shí)，強(qiáng)度隨時(shí)間推移而下降，即具有強(qiáng)度蠕變的特性。為了保證絕緣子在長期運(yùn)行后的強(qiáng)度仍能滿足運(yùn)行線路的負(fù)荷要求，必須對絕緣子強(qiáng)度蠕變特性進(jìn)行充分的研究，以保證絕緣子的長期安全運(yùn)行。
國際上曾對復(fù)合絕緣子進(jìn)行長期試驗(yàn)，并在IEC61109中制定了絕緣子強(qiáng)度蠕變曲線的要求。國內(nèi)JB5892只是引用了IEC61109的相關(guān)內(nèi)容，但是國內(nèi)一直沒有自己的長期試驗(yàn)數(shù)據(jù)，國內(nèi)占主導(dǎo)地位的內(nèi)鍥模式絕緣子和新型壓接式絕緣子的長期蠕變特性到底如何，對IEC61109中絕緣子強(qiáng)度蠕變曲線如何使用，是主要的研究內(nèi)容。
有機(jī)復(fù)合絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度受到三個(gè)方面因素的影響，即金具強(qiáng)度、芯棒強(qiáng)度以及連接結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。目前國內(nèi)外生產(chǎn)的復(fù)合絕緣子金具與芯棒的連接形式多種多樣，其中主要的有鍥接式接頭結(jié)構(gòu)（包括內(nèi)鍥式、外鍥式以及內(nèi)外鍥結(jié)結(jié)合式）和壓接式接頭結(jié)構(gòu)。國內(nèi)掛網(wǎng)運(yùn)行的外鍥式復(fù)合絕緣子數(shù)量比較少，掛網(wǎng)運(yùn)行中的主要是內(nèi)鍥式復(fù)合絕緣子，在保證生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出來的內(nèi)鍥式復(fù)合絕緣子，在掛網(wǎng)運(yùn)行中表現(xiàn)出了良好的性能，在國內(nèi)電網(wǎng)中得到大規(guī)模的使用，使用量增長十分迅速。其中運(yùn)行時(shí)間*長的已達(dá)十幾年了，經(jīng)過這樣長時(shí)間的運(yùn)行后，絕緣子今后繼續(xù)運(yùn)行的安全性是用戶密切關(guān)注的問題。壓接式復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)工藝決定了在其生產(chǎn)過程中不會(huì)對芯棒造成損壞，在實(shí)驗(yàn)室中表現(xiàn)出良好的機(jī)械性能。目前掛網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況也證實(shí)了壓接式接頭結(jié)構(gòu)工藝的優(yōu)勢，運(yùn)行中表現(xiàn)出良好的機(jī)械特性，但國內(nèi)壓接式結(jié)構(gòu)絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間比較短，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)還很欠缺。
雖然壓接式復(fù)合絕緣子在國際上的使用已經(jīng)有相當(dāng)長的時(shí)間，有很豐富的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但是在國內(nèi)的使用時(shí)間還比較短，沒偶什么運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對其長期性能的了解幾乎是一片空白。另一方面，在這很短的使用期間內(nèi)，壓接式復(fù)合絕緣子已經(jīng)表現(xiàn)出優(yōu)良的電氣和機(jī)械性能，受到用戶和生產(chǎn)廠家的廣泛歡迎，壓接式復(fù)合絕緣子的使用量正在迅猛增長。對壓接式復(fù)合絕緣子，用戶同樣關(guān)心長期運(yùn)行性能的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)室模擬的內(nèi)鍥式復(fù)合絕緣子長期蠕變曲線圖如圖9-11所示，其中*長的試驗(yàn)時(shí)間達(dá)630天，同樣把其中短時(shí)耐受破壞的數(shù)據(jù)點(diǎn)和長期耐受破壞的數(shù)據(jù)點(diǎn)合在一起，進(jìn)行線性模擬，得到圖中所示的壓接式復(fù)合絕緣子全程強(qiáng)度強(qiáng)度蠕變曲線，斜率為-2.07%Mav/對數(shù)時(shí)間單位。此斜率遠(yuǎn)優(yōu)于-0.8%Mav/對數(shù)時(shí)間單位的要求。
對于老線路改造，我們建議按以下原則選用復(fù)合絕緣子。
一、盡可能選擇結(jié)構(gòu)高度大的復(fù)合絕緣子
針對結(jié)構(gòu)高度為1240mm及以下的復(fù)合絕緣子，發(fā)生各種閃絡(luò)的概率比較高，有些電力部門就提出了加強(qiáng)復(fù)合絕緣子高度的要求，山東電力公司于1995年就下文要求各個(gè)電力分公司選用結(jié)構(gòu)高度為1440mm的110kV復(fù)合絕緣子，這幾年來，這種絕緣子很少閃絡(luò)。
海拔1000m以上的地區(qū)，結(jié)構(gòu)高度還應(yīng)更長些，高海拔地區(qū)，特別是有季節(jié)性水源的地區(qū)，下季是南方的大型候鳥棲息的地方，冬季又是西伯利亞來的大型候鳥棲息地，使用結(jié)構(gòu)高度為1350mm的復(fù)合絕緣子，沒有有效的防鳥害措施，發(fā)生"不明原因"（鳥害）閃絡(luò)概率會(huì)很高。
二、選擇用合理均壓環(huán)
均壓環(huán)的結(jié)構(gòu)形式非常重要，在市場上供應(yīng)的大多數(shù)均壓環(huán)，結(jié)構(gòu)不太合理，均壓環(huán)相對絕緣子的端部金屬附件的邊緣沒有一定的抬高，均壓效果差，安裝均壓環(huán)的螺釘沒有很好的屏蔽，起始電暈電壓很低。同時(shí)也沒有防止反裝的措施，現(xiàn)場均壓環(huán)反裝的很多，不但均壓效果差，而且連接螺釘完全暴露在電場之中，起始電暈電壓很低，在惡劣氣象條件下電暈很嚴(yán)重。所以建議使用對接式合金均壓環(huán)。這種對接式均壓環(huán)的特性在于均壓環(huán)是由兩個(gè)結(jié)構(gòu)、形狀相同的半圓環(huán)薄殼對接組成，圓環(huán)有比較大的曲率半徑和抬高，使沿絕緣子軸線的電場進(jìn)一步均勻分布，在靠近絕緣子端部附件又有一個(gè)圓形電極，對于均壓環(huán)的連接螺釘有很好的屏蔽作用，因此，大大提高了絕緣子的起始電暈電壓等電氣性能，同時(shí)還有防止反裝結(jié)構(gòu)，能確保均壓環(huán)的正確安裝。
三、不宜選擇太大的爬距
復(fù)合絕緣子的*大優(yōu)勢就是硅橡膠表面有憎水性，而且還有很好的憎水遷移特性，落在復(fù)合絕緣子表面的灰塵，72~96h后，其污穢層也具有很好的憎水性，因此，生產(chǎn)了一些爬距比相應(yīng)瓷和玻璃絕緣子小的復(fù)合絕緣子，幾年來在各地瓷和玻璃絕緣子發(fā)生大面積閃絡(luò)事故時(shí)，在重污穢區(qū)的復(fù)合絕緣子并沒有發(fā)生大規(guī)模的閃絡(luò)事故。
因此，我們認(rèn)為復(fù)合絕緣子的"爬距有效性"比瓷絕緣子好，復(fù)合絕緣子的爬電比距可以適當(dāng)小一點(diǎn)，*多與瓷絕緣子相同，比瓷絕緣子要求更高是沒有必要的，有人提出在不增加結(jié)構(gòu)高度的情況下增加幾個(gè)傘裙，這并是不*好的選擇，因?yàn)槎嘣黾訋讉€(gè)傘裙，會(huì)使傘間距離減小，傘間距與傘伸出之比減少，爬距的有效性降低，污閃有可能不沿傘表面發(fā)展，而從傘邊直接橋接，限制了污閃電壓的提高，因此，如果要加大爬距，就必須同時(shí)增大絕緣子的結(jié)構(gòu)高度。
四、復(fù)合絕緣子與瓷和玻璃絕緣子的重量問題
在老線路改造，用復(fù)合絕緣子代替瓷和玻璃絕緣子時(shí)，絕緣子串要加長，同時(shí)重量又減小了，風(fēng)偏加大了，在刮大風(fēng)時(shí)又可能導(dǎo)致絕緣子串高壓端對桿塔放電，即"風(fēng)閃"。為此，我們設(shè)計(jì)了"配重均壓環(huán)"，就是將均壓環(huán)與電力部門常常使用的配重錘結(jié)合起來，配重均壓環(huán)用鑄鐵制造，110kV重量為27kg左右，220kV重量為40kg。在不增加復(fù)合絕緣子長度的情況下，增加絕緣子串的重量，對110kV而言，帶配重均壓環(huán)的復(fù)合絕緣子串的重量已經(jīng)大于瓷絕緣子的重量，所以這樣的絕緣子將比瓷絕緣子串小。
五、適應(yīng)耐張的復(fù)合絕緣子
瓷和玻璃絕緣子耐張串所用的絕緣子比懸垂多1~2片，在以往的污閃事故中，污閃多發(fā)在瓷和比例絕緣子懸垂串，當(dāng)懸垂串大量使用復(fù)合絕緣子后，耐張的瓷和玻璃絕緣子串就成了整個(gè)線路絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，在21世紀(jì)發(fā)生的大規(guī)模污閃事故中，有很多瓷和玻璃絕緣子耐張串也發(fā)生了污閃事故，因此在污穢比較嚴(yán)重的地區(qū)，要把瓷和玻璃絕緣子耐張串換成復(fù)合絕緣子。要實(shí)現(xiàn)上述方法，在目前的復(fù)合絕緣子制造水平和質(zhì)量水平來看，是完全可以實(shí)現(xiàn)的。
全國絕緣子市場：
華北地區(qū)： 北京 天津 河北 山西 內(nèi)蒙古
東北地區(qū)： 遼寧 吉林 黑龍江
華東（北）地區(qū)：江蘇 安徽 山東
華東（南）地區(qū)：上海 浙江 江西 福建
華中地區(qū)： 湖北 湖南 河南
華南地區(qū)： 廣東 廣西 海南
西南地區(qū)： 重慶 四川 貴州 云南 西藏
西北地區(qū)： 陜西 甘肅 寧夏 青海 新疆
港澳臺： 香港 澳門 臺灣
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河間天恒電力器材【13363683360 韓經(jīng)理】位于河北省河間市行別營工業(yè)區(qū)。這里是絕緣子生產(chǎn)之鄉(xiāng)，主要生產(chǎn)與銷售鋼化玻璃絕緣子、玻璃絕緣子、陶瓷絕緣子、復(fù)合絕緣子、避雷器、隔離開關(guān)、電力金具、鋼芯鋁絞線等電力物資，歡迎登錄我公司官網(wǎng)查看詳細(xì)的產(chǎn)品信息：http://www.m.zhihuofoshan.com
