复合绝缘子的运行特性及可靠性分析

复合绝缘子的运行特性及可靠性分析

来源：武汉高压研究所时间：2007-11-08

吴光亚，蔡炜，肖国英，顾光和，张锐，徐涛

（武汉高压研究所，湖北武汉430074）

摘要:在运行经验和试验研究的基础上，对复合绝缘子的运行特性和可靠性进行分析，指出了我国复合绝缘子在运行中应注意和研究的问题，同时提出了制造企业对其制造工艺、结构应改进的建议。

关键词:复合绝缘子;运行特性能;可靠性

0 前言

至今为止，我国输变电设备中已成功地使用了复合绝缘子约200万支，大大地降低了输变电设备的跳闸率，极大地提高了输变电设备安全运行可靠性。结合我国国情，复合绝缘子在我国输变电设备中还会得到大量使用。

武汉高压研究所自1994年以来先后与广州市供电局、河北省电力局等电力部门和广州MPC国际电工有限公司、东莞市高能实业公司等制造部门合作开展复合绝缘子运行特性及可靠性研究。同时电力部电气设备质量检验测试中心电瓷质检站对运行复合绝缘子进行了抽样试验和仲裁试验（委托）。其结论是复合绝缘子的机械、电气和温度特性等满足运行对其要求，但复合绝缘子在运行不同年限后出现憎水性下降、机械强度降低、电气性能下降、密封破坏、绝缘子掉串和劣化等现象。文章结合已开展的工作逐一对复合绝缘子的运行特性及可靠性和运行中出现的重大问题进行具体分析。在此基础上指出我国对复合绝缘子应注意和研究的问题，同时也提出了制造企业对其制造工艺、结构应改进的建议。

1 运行特性及可靠性分析

1.1 外观检查

对运行最长时间11年和最短时间1年不同年限的所有不同电压等级的复合绝缘子，经外观检查，发现其绝缘表面出现局部放电，憎水性减弱;连接部位脱胶、裂缝、滑移;伞套材料脆化、硬化、粉化、开裂、起痕、树枝状通道、蚀损;伞裙变形严重;金属附件锈蚀和芯棒暴露等现象。说明我国复合绝缘子的劣化现象较为严重。不同地域所表现出的劣化程度不一样。广东运行复合绝缘子憎水性下降比其他地域严重［1，2］，说明大气条件对复合绝缘子的劣化影响较大。复合绝缘子的耐紫外光性、耐潮湿性和耐高低温性，因地域不同反映出劣化程度不同。需要说明的是，以上所列举的劣化现象几乎包罗了复合绝缘子的所有劣化现象。但从各运行部门自己所掌握的劣化情况看，可能并没有本文中所列举的严重，因我们开展合作的运行部门所提供的复合绝缘子是问题较严重的绝缘子。

1.2 劣化性能

为了研究劣化性能，除进行外观检查外，还进行了跌落试验、憎水性试验、低温模拟试验、水煮试验及耐应力腐蚀试验、伞套起痕及蚀损试验、突然卸载试验和热机试验。经受三次跌落试验后试品的伞裙、护套未出现断裂;染色渗透检验裂痕均无异常，说明密封性能良好;突然卸载和热机试验以及伞套起痕和电蚀试验均满足JB.T5892—1991对其要求，试品完好。仅是在试验前、后憎水性出现下降，芯棒渗透和水扩散及耐应力腐蚀试验也满足相关标准的要求。说明我国复合绝缘子芯棒制造技术已发展到了一定的水平。低温下的憎水性出现了较大程度的降低，不同企业憎水性下降程度不同，低温模拟试验的方法是将复合绝

缘子放入所设定的低温条件下2～8h，在温度充分达到平衡后取出检查憎水性。表1中是某企业运行复合绝缘子的测量结果。从结果看存在1个低温临界点，在临界点以下无憎水性，绝缘子表面极易结冰。不同配方绝缘子其低温临界点不同，运行时间也影响低温临界点，由低温造成的憎水性丧失其恢复时间较快。

表1 低温下复合绝缘子憎水性测量结果

以上结果表明，运行复合绝缘子的老化性能较好，但是反映出的问题是憎水性试验、热机试验、1000h 盐雾试验和低温模拟试验皆出现憎水性有较大程度的下降。憎水性出现部分丧失或完全丧失对电气性能的影响在后文中详细分析。我国复合绝缘子制造企业应对复合绝缘子在运行若干时间后憎水性出现不同程度的降低引起重视，应针对不同地域和运行条件所出现的严重劣化现象提出改进完善调整方案。

1.3 机械性能

1.3.1 可靠性评估

对运行不同年限复合绝缘子机械性能抽样试验，共出现10支试品的机械破坏负荷值低于额定值，约占抽样总数的16.7%。其破坏形式除一例为帽断外，其余为帽、脚抽芯，说明内楔式、外楔式、内外楔式和粘接式端部连接工艺的长期机械性能存在一定问题。我所统计机械破坏形式表现为芯棒裂仅3例，充分说明我国芯棒制造技术已达一定水平，完全能满足运行对其要求。

1.3.2 影响机械强度的因素

机械强度下降的主要原因:①金属附件处连接工艺不能保证长期性能;②芯棒本身强度不够;③金属附

件强度不够;④密封破坏导致机械强度丧失;⑤因工频电弧导致机械强度下降。仅从复合绝缘子制造工艺这一角度去看，为了保证其长期机械性能满足运行可靠性对其要求，应采用压接工艺。暴露于空气中所有界面必须采用高温硫化工艺及金属附件采用热处理。

1.4 电气性能

1.4.1 憎水性与闪络的关系

伞套的憎水性达HC1～HC2级时，其闪络特性较悬式瓷、玻璃绝缘子优良得多，也就是说运行复合绝缘子的尺寸在满足JB.T8460—1996《高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性》要求的前提下，在满足除可能由“鸟粪”、“反击”和“绕击”及其他外界因素导致闪络外，不应发生闪络。文献［1，2］表明，运行复合绝缘子在不同地域的憎水性会出现程度不同的下降，憎水性会下降至HC3级及以上，其绝缘表面呈现连续的水膜而导致表面电阻急剧下降，湿闪梯度和污闪梯度比HC1～HC2级会出现不同程度的降低，运行复合绝缘子的工频、雷电、操作湿闪络电压和污秽闪络电压也会出现不同程度的降低。试验表明绝缘子憎水性消失后进行工频湿闪络电压试验，则工频干、湿闪络电压比按GB.T775.2— 2003方法求得的工频湿闪络电

压与工频干闪络电压的差值下降了4.4%～15.6%。而试验的B3绝缘子湿闪电压比干闪电压更是下降了30.2%。GB775.2—2003中，对绝缘子的湿工频电气试验程序规定预淋雨15min，不能模拟复合绝缘子的伞裙和护套表面，在高湿度大气条件下憎水性会下降到HC3级及以上的憎水性变化对绝缘子湿电气特性的影响。试验结果说明GB775.2—2003标准对瓷、玻璃绝缘子规定的湿电气试验方法对运行复合绝缘子并不合适。

复合绝缘子的运行特性及可靠性分析(2)

来源：武汉高压研究所时间：2007-11-08

按闪络梯度进行比较，试验结果有如下规律:

（1）有、无憎水性的试品在盐雾法试验中，一大二小伞型样品的污闪梯度均为最高，而早期产品采用的等径伞型均最低，相差1.25倍，说明伞裙形状对闪络梯度有很大影响。

（2）丧失憎水性后盐雾法污闪电压下降很多，各种伞型下降程度在24%～31%之间，说明憎水性对电气特性也有很大影响。

1.4.2 伞裙形状与闪络的关系

众所周知，复合绝缘子的伞裙形状相对瓷、玻璃绝缘子串较不合理，伞裙盘径受制造工艺和材质的限制不能做得过大。我所曾对伞裙的盘径和伞间距对弧道曲折的影响进行了研究，结论是加大伞间距会使其闪络路径呈现曲线形状，路径远比直线长，延长了电弧通道。若憎水性出现部分丧失或完全丧失，伞裙盘径和伞间距又较小，在长期高湿度大气条件下易发生伞裙间飞弧短接现象。严重地威胁电网安全可靠运行。复合绝缘子在运行中憎水性部分或完全丧失，以及伞裙盘径和伞间距过小和长期在高湿度大气条件下运行，是目前复合绝缘子在运行中发生闪络的主要原因。制造企业和运行部门对此问题应引起足够重视!

1.4.3 均压装置与电气绝缘强度的关系

运行经验和研究表明:复合绝缘子相对悬式瓷、玻璃绝缘子而言，易遭受工频电弧损坏。表现为伞裙和护套粉化、蚀损和漏电起痕及碳化严重;芯棒暴露和机械强度下降。所以复合绝缘子一定要在两端安装均压装置，使工频电弧飘离绝缘子表面。其次均压装置还应保护两端金属附件连接区不因漏电起痕及电蚀损导致密封性能破坏。为了达到此目的，复合绝缘子必须安装均压装置，其干弧距离小于相同结构高度的瓷、玻璃绝缘子串，无疑降低了电气绝缘强度。例如110kV复合绝缘子没有安装均压装置和安装了均压装置后，50%雷电冲击闪络特性对比试验结果见表2。信息来源:

由表2可知，在高压端安装了均压装置后，闪络电压较无均压装置情况下有不同程度的降低，且随着均压装置的罩入深度的增加，绝缘距离有所减少，闪络电压降低幅度加大。当在绝缘子两端都装上均压装置后，雷电冲击闪络电压较高压端装上一个均压装置时的闪络电压值又要低了许多，最高降低幅值达21.3%。50%雷电冲击闪络电压过低，对运行中的复合绝缘子来说是很不利的。信息来源: