1、復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)

　　復(fù)合絕緣子由芯棒、傘裙護(hù)套和連接金具組成。其中芯棒材質(zhì)為玻璃鋼，用來(lái)提供絕緣子的機(jī)械性能，護(hù)套通過(guò)粘接劑連接于芯棒表面，起到保護(hù)芯棒的作用，連接金具位于復(fù)合絕緣子兩端，起到將復(fù)合絕緣子與桿塔金具相連接的作用。

　　圖1 復(fù)合絕緣子整體結(jié)構(gòu)

　　復(fù)合絕緣子端部連接方式可分為楔式、壓接式。楔式可分為外楔式與內(nèi)楔式。

　　圖2 復(fù)合絕緣子端部結(jié)構(gòu)

　　絕緣子傘裙與芯棒的生產(chǎn)工藝可分為擠包穿傘、整體注射式。擠包穿傘為將傘裙粘接到芯棒上，因此有芯棒-護(hù)套、護(hù)套-傘套兩個(gè)界面，整體注射式其傘裙與芯棒護(hù)套一體成型，僅有芯棒-護(hù)套界面。

　　2、復(fù)合絕緣子失效形式

　　復(fù)合絕緣子失效包括閃絡(luò)、機(jī)械強(qiáng)度下降、芯棒擊穿、脆斷、芯棒酥朽斷裂、外力破壞等。其中外力破壞與外部環(huán)境控制有關(guān)，其他則主要取決于絕緣子自身狀態(tài)，與老化密切相關(guān)。

　　當(dāng)前復(fù)合絕緣子主要采用壓接式連接結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)復(fù)合絕緣子幾乎不再產(chǎn)生機(jī)械性能下降導(dǎo)致絕緣子斷串的事件。在采用耐酸芯棒的情況下，復(fù)合絕緣子也幾乎不再產(chǎn)生脆斷。

　　因此目前與老化相關(guān)的復(fù)合絕緣子失效主要包括芯棒擊穿、酥朽斷裂。由于憎水性下降可能也會(huì)引發(fā)放電、造成芯棒的損傷，因此憎水性下降也認(rèn)為是與老化相關(guān)的失效形式。

　　圖3 復(fù)合絕緣子主要失效形式

　　3、老化機(jī)理

　　3.1 物理老化

　　引起絕緣子物理老化的因素有紫外輻照以及應(yīng)力疲勞、高溫。

　　強(qiáng)烈的紫外輻照下，硅橡膠表面平整度下降，并出現(xiàn)大量孔洞和顆粒，橡膠內(nèi)部填充物有外露的趨勢(shì)，表面顆粒物為SiO2和Al2O3的混合物。硅橡膠在紫外老化過(guò)程中發(fā)生了較復(fù)雜的斷裂、氧化和交聯(lián)等化學(xué)反應(yīng)。

　　應(yīng)力疲勞主要與大風(fēng)區(qū)工況對(duì)于，絕緣子傘群在長(zhǎng)時(shí)間大風(fēng)作用下根部出現(xiàn)疲勞，產(chǎn)生裂紋、擴(kuò)展導(dǎo)致傘裙撕裂。

　　電弧放電會(huì)產(chǎn)生高溫，高溫會(huì)引起材料的熱裂解，使材料變硬、變脆、彈性變差，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度降低。

　　3.2 化學(xué)老化

　　引起硅橡膠化學(xué)老化的因素有酸堿、臭氧以及氮氧化物等。

　　氮氧化物實(shí)際上也是轉(zhuǎn)化為硝酸，再與傘裙材料起反應(yīng)。酸、堿會(huì)導(dǎo)致Si-O鍵的斷裂，Si-O為硅橡膠主鏈，斷裂對(duì)憎水性產(chǎn)生不利影響，并導(dǎo)致表面裂紋產(chǎn)生。

　　高壓線路運(yùn)行時(shí)由于放電產(chǎn)生臭氧，臭氧能夠破壞硅橡膠主鏈Si-O-Si、側(cè)鏈Si-C、C-H，導(dǎo)致硅橡膠材料表面缺陷增多、憎水性喪失、材料性能下降。

　　3.3 電老化

　　電老化是運(yùn)行絕緣子主要的老化形式，包括中電暈或電弧放電引發(fā)的老化。實(shí)際上電老化也伴隨著物理、化學(xué)老化。

　　電暈或電弧放電產(chǎn)生的帶電粒子的撞擊、活性粒子如臭氧的產(chǎn)生、本身的高溫均會(huì)導(dǎo)致硅橡膠分子鏈斷裂，并導(dǎo)致有機(jī)物含量的減少，導(dǎo)致傘裙機(jī)械、憎水性能下降。

　　當(dāng)芯棒內(nèi)部產(chǎn)生放電，將導(dǎo)致芯棒樹(shù)脂分解、芯棒碳化、玻璃纖維斷裂、護(hù)套開(kāi)裂，*終導(dǎo)致芯棒機(jī)械性能下降、斷裂。

　　4、復(fù)合絕緣子老化表現(xiàn)形式

　　4.1 宏觀外觀

　　①傘裙顏色變化

　　老化后絕緣子顏色產(chǎn)生變化，灰黑色的絕緣子傘裙發(fā)白，紅色的絕緣子傘裙顏色會(huì)變淡(也可以說(shuō)是發(fā)白)。

　?、趥闳沽鸭y、粉化

　　傘裙表面和根部存在開(kāi)裂，破損現(xiàn)象，其原因?yàn)閭闳共牧系挠不⒋嗷?/span>

　　粉化時(shí)傘裙表面出現(xiàn)大量細(xì)微裂紋，表面出現(xiàn)一層粉化層。粉化的本質(zhì)是硅橡膠主鏈斷裂。

　　圖4 粉化[復(fù)合絕緣子粉化傘裙的微觀結(jié)構(gòu)與憎水性的關(guān)聯(lián)研究]

　?、坌景糇o(hù)套破損

　　護(hù)套出現(xiàn)受損、芯棒裸露。護(hù)套材料脆化、鳥(niǎo)啄等導(dǎo)致芯棒外露。

　　④放電痕跡

　　傘裙和護(hù)套發(fā)現(xiàn)燒蝕、蝕損、漏電起痕、樹(shù)枝狀放電痕跡。表面積污嚴(yán)重或者老化導(dǎo)致憎水性下降，將導(dǎo)致復(fù)合絕緣子表面產(chǎn)生放電痕跡。

　　4.2 傘裙材料性能

　　隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，棒形懸式復(fù)合絕緣子傘裙材料硬度增大，撕裂強(qiáng)度減小、拉斷伸長(zhǎng)率減小。(由于棒形懸式復(fù)合絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行中在環(huán)境氣候和機(jī)械作用力等因素的影響下，硅橡膠分子鏈發(fā)生斷裂，斷裂后的自由基再相互作用產(chǎn)生交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使材料變硬、變脆。)

　　圖5 硬度和撕裂強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線[棒形懸式復(fù)合絕緣子老化性能的評(píng)估]

　　4.3 憎水性

　　隨著傘裙材料老化，表面憎水性將出現(xiàn)下降趨勢(shì)。根據(jù)絕緣子運(yùn)行導(dǎo)則(《DL/T 1000.3 標(biāo)稱(chēng)電壓高于1000V架空線路用絕緣子使用導(dǎo)則第3部分：交流系統(tǒng)用棒形懸式復(fù)合絕緣子》)，憎水性等級(jí)下降到HC6級(jí)時(shí)，應(yīng)予以退出運(yùn)行。

　　4.4 芯棒性能

　　1)水?dāng)U散試驗(yàn)泄露電流

　　芯棒發(fā)生老化時(shí)，護(hù)套與芯棒粘接性能下降，或者芯棒本體樹(shù)脂部分分解，將導(dǎo)致水?dāng)U散泄露電流的增加。

　　水?dāng)U散試驗(yàn)可以帶護(hù)套，也可以不帶護(hù)套進(jìn)行，兩者之差基本可以認(rèn)為是粘接界面的泄露電流，粘接界面泄露電流的大小與粘接性能密切相關(guān)。

　　2)燃料滲透

　　芯棒老化時(shí)，芯棒-護(hù)套界面，或者傘套-護(hù)套界面(擠包穿傘工藝)可能出現(xiàn)粘接性能下降，從而導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)滲透性試驗(yàn)。

　　3)機(jī)械破壞負(fù)荷

　　對(duì)于早期的楔式連接復(fù)合絕緣子，隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，其機(jī)械破壞負(fù)荷程下降趨勢(shì)，對(duì)于壓接式復(fù)合絕緣子，機(jī)械破壞負(fù)荷基本不隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而下降。

　　4.5 微觀指標(biāo)

　　1)傅里葉紅外分析指標(biāo)(Si-CH3官能團(tuán)吸收峰面積)

　　老化后絕緣子硅橡膠主鏈斷裂，導(dǎo)致Si-CH3鍵數(shù)量減少，Si-CH3官能團(tuán)吸收峰面積相應(yīng)減少。

　　2)熱失重指標(biāo)(有機(jī)物含量)

　　棒形懸式復(fù)合絕緣子材料中橡膠組分含量隨運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。

　　5、壽命

　　復(fù)合絕緣子的壽命需要考慮不同失效方式，而不同失效方式有不同的失效規(guī)律、影響因素，因此復(fù)合絕緣子的壽命極為復(fù)雜，目前尚無(wú)法得到適用范圍廣泛的壽命數(shù)值，較為適用的仍然是基于抽檢的壽命判定方法。

　　5.1 基于理化指標(biāo)的壽命預(yù)測(cè)

　　就目前而言，復(fù)合絕緣子的傘裙硬度、硅橡膠有機(jī)物含量是與老化對(duì)應(yīng)較為靈敏的指標(biāo)。

　　以傘裙硬度為例，文獻(xiàn)[復(fù)合絕緣子運(yùn)行性能及使用壽命評(píng)估方法的研究]以國(guó)內(nèi)某一廠家的產(chǎn)品為例，硬度變化呈冪指數(shù)函數(shù)上升趨勢(shì)，上升冪指數(shù)約為0.09-0.11。若假定絕緣子老化嚴(yán)重并需退出運(yùn)行的*低要求分別為硬度不大于80Shoer A、則在正常設(shè)計(jì)、正常制造、正常使用和維護(hù)下,可推算出A廠絕緣子的使用壽命為22年。

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