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复合绝缘子界面问题及其检测

作者:admin 发布日期:2018/10/20 关注次数: 二维码分享

当前湖北免绑扎线轴式聚合物绝缘子在输电线路上用量巨大,其可靠性直接影响到输电线路运行安全。近年来,复合绝缘子多次发生断串故障,已成为架空线路面临的突出问题,同时也成为影响运行单位执行复合绝缘子寿命周期的重要因素。

复合绝缘子断串可分为脆断与朽断两类,脆断的原因为密封破坏、芯棒采用非耐酸棒,导致芯棒受潮后发生应力腐蚀;朽断的原因主要为芯棒-护套界面粘接不良,造成芯棒内部出现局部放电,逐步蚀损、碳化芯棒。


近年江苏、山东、河南、浙江、广东等省份总计发生过多起复合绝缘子断串,其中大部分为界面问题引发的朽断,当界面存在内部气隙、粘接不良,往往导致水分从外界扩散进入芯棒,引发内部放电,放电的能量和产生的酸性物质逐步侵蚀护套,造成护套孔洞,导致水分大量侵入芯棒,进一步造成芯棒放电的恶化,严重放电下芯棒逐步碳化、丧失机械性能,较终导致断串。界面问题已成为当前影响复合绝缘子可靠性的较主要因素!因此,今天就来谈谈复合绝缘子芯棒的界面问题,包括界面的分类、界面的连接、影响界面性能的因素、界面的检测手段。

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1、界面的分类

复合绝缘子的界面指不同材质的交界面,或者相同材质在不同制造工序下产生的分界面,主要包括芯棒与护套界面、端部金具与芯棒界面、端部金具和芯棒及护套三种材质交界面。芯棒朽断主要和芯棒-护套界面有关,因此本文主要讨论芯棒-护套界面。


复合绝缘子界面分类

2、界面的连接

芯棒与护套界面通过偶联剂连接,偶联剂的作用是将护套硅橡胶与玻璃纤维芯棒连接在一起,常用的偶联剂为硅烷偶联剂,其分子一端具有亲环氧基团,一端具有亲硅橡胶基团,在一定温度、压力下通过反应形成三维交联结构将硅橡胶与玻璃纤维芯棒连在一起。


3、影响界面性能的生产因素

影响芯棒-护套界面性能的生产因素主要有脱模剂、偶联剂材质、护套材质、芯棒的预处理、芯棒的保存等。

脱模剂:芯棒制造需要用到脱模剂,然而脱模剂会影响芯棒-护套界面粘接,造成粘接性能下降,因此生产中在生产护套之前,要通过打磨等方法将表面脱模剂尽量去除。

存放环境:如果生产中芯棒存放环境不佳,会造成芯棒吸潮,从而降低其与护套粘接的效果。

打磨、烘干:芯棒在与护套粘接之前,需要进行打磨、清洗,打磨是为了除去芯棒表面脱模剂,并增加芯棒与粘接剂的接触面积以改善粘接效果;清洗是为了除去表面灰尘,清洗应采用处理过的水或无水乙醇,清洗后需要及时烘干。

偶联剂:偶联剂配好供使用时,应经过充分搅拌,并对粘度进行控制;芯棒表面涂抹偶联剂后,应干燥一定时间,一方面使偶联剂溶剂挥发,另一方面让偶联剂与芯棒表面充分浸润,干燥期间应控制区域湿度不大于70%;偶联剂干燥后、注射加工护套前,应对芯棒进行预烘。

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4 界面缺陷的检测

界面缺陷包括界面气隙、内部导电通道、粘接不良等。界面气隙及内部导电通道缺陷的检测方法有工频耐压带红外温升测试、陡波测试、微波测试、太赫兹波检测等。粘接不良缺陷尚未形成统一、规范的检测方法,较为有效的方法包括工频耐压带红外温升测试、剖检、带护套水扩散试验。

工频耐压带红外温升测试有两种思路:

①按照《DL/T 664-2008 带电设备红外诊断应用规范》进行,在实际运行条件下测量或者在实验室中模拟运行电压进行测量,在实验室中模拟时,施加较高运行电压30 min。

其判据为复合绝缘子温升不应超过2K(DL/T 664-2008规定为1K,但实际测试中发现1K的温升过于容易受外界干扰,2K相对较为合适)。其测试特点是灵敏度高,可以发现较为微小的缺陷,缺点是易受外界干扰,容易产生误判,因此现场测试往往需要进行多次。



工频耐压下复合绝缘子温升超限

②按照《GBT 22079-2008 标称电压高于1000V使用的户内和户外聚合物绝缘子一般定义、试验方法和接受准则》中的9.2节方法进行,其施加电压更高,为绝缘子自身干工频闪络电压均值的80%,与自身试验前相比温升的不应超过20K。

陡波测试按标准GB/T 19519《标称电压高于1000 V的交流架空线路用复合绝缘子—定义、试验方法及验收准则》进行,水煮42h,施加陡度位于1000kV/us-1500kV/μs的冲击电压,存在内部缺陷时,可能会产生内部击穿。从实际使用来看,陡波试验不会受外界干扰,但灵敏度不够,其对于显著缺陷的检出效果较好,对于细微缺陷可能无法检出,通过提高陡度能提高检出率,但相应方法需要进一步研究。


复合绝缘子陡波试验发生内部击穿

微波测试、太赫兹波检测主要利用波在不同介质界面的折反射院里,当界面存在缺陷时,会产生反射波的异常。上述方法目前尚在研究中。

剖检通过将护套部分或全部从芯棒去除,观察芯棒表面护套的残留情况来判定粘接好坏。如果芯棒粘接不良,芯棒表面往往没有或很少护套残留、芯棒直接裸露,如果芯棒粘接良好,则芯棒表面护套往往难以除去,即使用刀刮去护套,芯棒表面也往往残留一层硅橡胶,而不会有芯棒直接裸露的情况。剖检是目前绝缘子厂家、电网企业确定供货芯棒粘接性优劣的主要直接手段,但剖检需要人来识别,一定程度上依赖经验,同时,剖检尚没有对所有电压等级复合绝缘子雷电竞形成一个大家认可的定量的标准。


粘接良好芯棒剖检结果

带护套水扩散试验方法可参照GB/T 19519《标称电压高于1000 V的交流架空线路用复合绝缘子—定义、试验方法及验收准则》,如果粘接不良,水煮后芯棒泄漏电流往往超过0.1mA,甚至超过1mA。0.1mA适用于新绝缘子的判断,当前对于运行后绝缘子的水扩散判据仍是一个值得研究的问题,但超过1mA可推定粘接不良的可能性极大。同时,通过带护套水扩散试验后护套是否容易从芯棒剥离,也可判断芯棒的粘接性能,曾经发现,水扩散泄露电流大于1 mA的样品护套非常容易从芯棒剥离。带护套水扩散试验对界面问题的灵敏度较高,缺点是裁样如果对样品造成损伤,也可能造成泄露电流过大,影响结果判断,而且一个试验段很短,可能取样没能覆盖绝缘子缺陷处造成漏检,因此对于怀疑存在粘接不良的绝缘子,应尽可能覆盖高、中、低压3段进行取样,同时参考同批次绝缘子试验结果结合判断,如果同一批次有多支绝缘子出现水扩散试验不通过,可推定该批次绝缘子界面粘接存在问题。


粘接不良样品,水扩散试验后护套极易从芯棒剥离

上述的各种方法,目前实际应用较多的是工频耐压温升、陡波、水扩散、剖检,这四种方法各有优劣,将上述方法相结合、互相印证可大大提高界面性能判断的准确度,比如对于怀疑界面有问题的绝缘子,首先采用工频耐压测温升,然后取疑似温升不正常的区域实施陡波检测,并取高压端、中部、低压端典型区域进行带护套水扩散试验,并进行剖检。如果四项试验中任何一项有明显异常,则芯棒界面存在问题可能性较大(前提是通过密封性试验排除端部密封问题),如果温升、陡波、水扩散均无问题,但剖检疑似有芯棒裸露区域,则说明界面粘接有一定性能下降,如果四项试验均无问题,则说明粘接良好。

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