復合絕緣子在高頻電壓下的老化試驗探討

趙天任 童海波 肖金云

（長園高能電氣股份有限公司，廣東 東莞523128）

0 引言

近年來，硅橡膠材料的復合絕緣子因為優良的耐污閃性能在我國得到了快速普及應用，對我國輸電線路的建設與運行起到了非常積極的作用。但在使用中，有少量復合絕緣子經過一段時間的運行后發生了斷串的問題，有一部分斷串是由于復合絕緣子在電場長時間的作用下發生電老化導致劣化造成的，其中，500 k V交流復合絕緣子在高壓端附近發生溫升進而斷裂引起的斷串尤為突出。如今，該類型的斷串已影響到輸電線路的運行安全和復合絕緣子應用的普及。因此，對在電場作用引起的復合絕緣子斷串現象進行老化試驗研究，具有非常重要的意義。

1 高頻電壓加速老化試驗方法產生的背景

后，在高壓端附近會發生溫升的現象，發生溫升后絕緣子有進一步發展為斷串事故的危險。同時，運行數據表明，交流復合絕緣子該類型的劣化比直流復合絕緣子要嚴重，這表明交變電場引起的局部放電和對護套—芯棒間界面的破壞比由靜電場引起的要嚴重。

按現有復合絕緣子的相關標準，老化試驗包括鹽霧試驗、紫外線試驗、轉輪法試驗等。實踐證明，現有這些老化試驗主要是評估復合絕緣子的表面老化性能，并不能有效評估復合絕緣子在電場作用下硅橡膠和環氧樹脂芯棒內部以及兩者之間界面的電老化性能。本文根據局部放電的基本理論，提出復合絕緣子高頻電壓加速老化試驗的方法、裝置，并給出了試驗結果評判分析方法。

2 高頻電壓加速老化試驗方法分析

復合絕緣子運行時其電場的分布是極不均勻的，高壓端的電場比其他部位的電場強度要高得多。復合絕緣子制造過程中，由于各種原因，可能在硅橡膠或芯棒內部存在微小的氣隙（氣泡），或者在長時間的運行中有低分子物質從硅橡膠或芯棒中分解出來。另外，硅橡膠傘裙護套與芯棒的粘接界面在潮氣和電場的長時間作用下，可能發生粘接質量下降甚至是脫粘的問題。這些都為復合絕緣子在高壓端附近發生局部放電創造了條件。運行統計數據表明，少數交流復合絕緣子在運行數年

2．1 本試驗依據的局部放電的基本理論

（1）局部放電時每次微觀放電的電荷與試品本身有關，與電壓及電壓頻率無關。（2）局部放電時每次微觀放電的能量與試品本身有關，與電壓及電壓頻率無關。（3）在一定的電壓下，一定時間內局部放電的次數與施加電壓的頻率成正比。

2．2 高頻電壓加速老化試驗方法

根據以上局部放電理論，同時由于每次局部放電的時間極短（為10－7～10－9s），可以利用提高試驗電壓頻率的方法對復合絕緣子進行加速局部放電老化試驗，使得硅橡膠、環氧樹脂芯棒內部的氣隙（氣泡）和護套—芯棒間界面的交聯基團在高頻交變電場下加速老化。

2．2．1 試品的準備

本試驗的試品包括2種類型，一種是絕緣子成品（或短樣），另一種是帶護套的芯棒。具體準備要求如下：（1）絕緣子成品（或短樣）。對成品進行試驗時，應使用正常生產的復合絕緣子產品，并在產品上裝配好相應的均壓環裝置以及與產品配合使用的線路金具、附件等；因試驗設備、檢測手段限制而不適合使用長產品的情況下，可以使用短樣（短樣的絕緣長度不小于800 mm）進行試驗。（2）截取帶護套的芯棒。用有金剛石層的圓鋸片從正常生產的絕緣子上沿與芯棒軸線成90°的方向切割試樣，切面用細砂布打光（砂粒大小為180目），兩邊端面應清潔且平行。試品長度可根據試驗裝置的電壓條件選取，推薦值為30～100 mm。

2．2．2 試驗方式

具體試驗方式包括以下2種：（1）對絕緣子成品（或短樣）進行試驗。將試品與線路金具、均壓環、導線等附件裝配、連接好后，設定電壓、頻率的數值，接通電源。試品與接地物或鄰近物體的距離，一般應不小于試品高壓部分與接地部分間最小距離的1．5倍。（2）對帶護套芯棒截取段進行試驗。試品準備好后，將其置于試驗電極間，設定電壓、頻率的數值，接通電源。

2．2．3 試驗裝置

如圖1所示，試驗的主要裝置包括電源、調壓器、變壓器、變頻器等。主要裝置說明如下：（1）電源：根據試驗要求，為試驗配置合適的電源，電源輸出應穩定可靠。（2）調壓器：此裝置輸出端與變壓器相連，通過此裝置進行電壓變換，獲取試驗需要的不同電壓值。（3）變壓器：此裝置是利用電磁感應的原理來升高交流電壓。（4）變頻器：通過此裝置可以實現變頻控制，獲取試驗需要的不同頻率電壓。

圖1 試驗電路圖

圖1中“S”處放置絕緣子產品（或短樣）或截取好的帶護套芯棒（圖2）。對于成品或短樣試驗，應盡量模擬試品在實際線路運行中電場分布的情況。在對帶護套芯棒截取段進行試驗時，試驗裝置的2個電極結構應保證帶護套芯棒受到均勻電場的作用。

2．2．4 試驗條件

試驗中，根據試驗設備的條件，可對試驗電壓、頻率范圍、試驗溫度、相對濕度等施加一定的條件值。

2．2．5 試驗參數

（1）試驗頻率選取范圍：300 Hz～10 k Hz。（2）試驗電壓：根據試品的不同，選用不同的試驗電壓。1）對于成品，選用該電壓等級復合絕緣子的工作電壓或高于工作電壓進行試驗。對于短樣，施加的電壓值可以依據電場分布計算結果作選擇，使高壓端附近的護套場強與實際運行的場強值相似。2）對于帶護套芯棒試品，根據試品長度，施加的電壓值應使電場強度為2．5～6 k V／cm。（3）試驗溫度：可采取室溫恒定的溫度條件，也可使溫度在一定的范圍進行循環變化，推薦的溫度范圍為－35～＋60℃。（4）試驗濕度：可采取恒定的濕度條件，也可使濕度在一定的范圍進行循環變化，推薦的相對濕度為20%～98%。（5）試驗時間：老化試驗持續時間可根據研究的需要進行選定，推薦的試驗時間為100～1 000 h。如試品發生擊穿現象，應終止試驗。

2．2．6 試驗結果評判與分析

在試驗過程中，定期利用紅外測溫技術測量試品的溫升情況，并記錄好發生溫升的時間和溫度值。不同膠料配方或不同生產工藝的試品，在相同試驗條件下進行試驗，其產生溫升前所耐受的時間越長，耐老化性能就越好。因此，可以利用本試驗方法對復合絕緣子進行配方、工藝改進后的試驗驗證，對不同工藝技術生產的復合絕緣子進行性能比較與篩選。

3 結語

本文為分析工程上運行的復合絕緣子發生溫升進而斷裂的原因提供了一種新的試驗方法。復合絕緣子生產廠家在為提高復合絕緣子電老化性能進行工藝技術改進時，本試驗方法也可為其改進效果提供評判參考。因此，本文提出的試驗方法對解決工程實際及生產問題具有積極的意義。

［1］GB／T19519—2004 標稱電壓高于1 000 V的交流架空線路用復合絕緣子——定義、試驗方法及驗收準則［S］

［2］徐其迎．硅橡膠合成絕緣子耐老化性能試驗研究［J］．絕緣材料，2009，42（3）