復(fù)合絕緣子憎水性測試適用性及老化特性研究

李天福，彭慶軍，梁棟

(1.華北電力大學(xué)研究生工作站，昆明 650217;2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院博士后工作站，昆明 650217)

0 前言

與瓷、玻璃絕緣子相比，復(fù)合絕緣子因具有機(jī)械強(qiáng)度高、重量輕、耐污強(qiáng)、憎水性好等優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用［1－3］。此類絕緣子長期運(yùn)行于嚴(yán)酷環(huán)境中，其護(hù)套、傘裙材料的憎水性會部分或完全喪失，從而造成絕緣子的永久破壞［4－5］。目前對復(fù)合絕緣子憎水性的研究比較多，如文獻(xiàn)［6－8］對現(xiàn)場運(yùn)行復(fù)合絕緣子的憎水性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，材料老化對于其憎水性能的影響較明顯，因傘裙表面存在日照、雨淋、積污和沖刷等因素的差異，表面老化程度不同。但是，在對粉化復(fù)合絕緣子進(jìn)行憎水性測量時，初始憎水性并不能反映其實際的老化狀態(tài)。

對復(fù)合絕緣子進(jìn)行憎水特性試驗，包括初始靜態(tài)接觸角試驗、憎水性喪失及恢復(fù)試驗，并從中選取嚴(yán)重粉化、輕微粉化及良好試樣3 支試樣進(jìn)行掃描電鏡(SEM)及傅里葉變換紅外光譜(FTIR)試驗分析其微觀結(jié)構(gòu)及吸收峰情況，從而結(jié)合SEM 和FTIR 對復(fù)合絕緣子憎水性進(jìn)行分析，對云南地區(qū)復(fù)合絕緣子老化狀態(tài)進(jìn)行評價。

1 試驗方法

1.1 試樣選取

從云南地區(qū)抽檢10 支復(fù)合絕緣子進(jìn)行憎水特性試驗。

1.2 初始靜態(tài)接觸角測試

靜態(tài)接觸角法采用微量進(jìn)樣器將水滴置于絕緣子表面，通過測量固體材料表面單一平衡水珠的接觸角，從而得到材料表面的憎水性狀態(tài)。

判定復(fù)合絕緣子是否能繼續(xù)運(yùn)行準(zhǔn)則:

θav≥100°，θmin≥90°。

1.3 憎水性恢復(fù)與喪失試驗

憎水性的喪失與恢復(fù)指的是清潔或污穢合成絕緣子傘裙護(hù)套的憎水性在某些外界因素作用下減弱，外界因素停止作用后其憎水性自然恢復(fù)。

試品應(yīng)滿足:

靜態(tài)接觸角θav≥90°，θmin≥85°。

從水中取出試品，測量憎水性恢復(fù)至初始憎水性水平的時間，對出廠絕緣子和已運(yùn)行絕緣子憎水性恢復(fù)時間應(yīng)小于24h。試驗中，在完成憎水性喪失試驗后24h 測量傘群表面靜態(tài)接觸角，看其是否能夠恢復(fù)到初始水平。

1.4 SEM 測試

掃描電鏡(SEM)濃縮了電子光學(xué)技術(shù)、真空技術(shù)、精細(xì)機(jī)械結(jié)構(gòu)以及現(xiàn)代計算機(jī)控制技術(shù)，是固體材料微觀形貌和結(jié)構(gòu)分析中最有用測試方法之一。通過掃描電鏡試驗，可以對不同老化程度復(fù)合絕緣子傘裙表面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析。

2 試驗結(jié)果

2.1 憎水特性試驗

圖1 云南地區(qū)復(fù)合絕緣子憎水特性試驗

對抽取的10 支復(fù)合絕緣子進(jìn)行初始靜態(tài)接觸角、憎水性喪失及恢復(fù)試驗，試驗結(jié)果如圖1 所示，其中從每支復(fù)合絕緣子試樣高中低端各取一片傘裙進(jìn)行測試，最后以三者均值代表整支試樣的憎水性。

根據(jù)圖1 可得以下結(jié)論:

1)云南地區(qū)復(fù)合絕緣子初始靜態(tài)接觸角都大于100°，其中粉化試樣的靜態(tài)接觸角比其他試樣的要高;

2)經(jīng)過憎水喪失試驗后，10 支復(fù)合絕緣子憎水性有不同程度的喪失，靜態(tài)接觸角均值仍大于90°，但是靜態(tài)接觸角小于85°，說明傘裙局部憎水性喪失嚴(yán)重;

3)經(jīng)過憎水性恢復(fù)試驗后，抽取試樣憎水性基本上都不能恢復(fù)到初始狀態(tài)。

從外觀檢查來看，粉化復(fù)合絕緣子屬于嚴(yán)重老化，但是初始憎水性和憎水性喪失試驗靜態(tài)接觸角均值顯示其憎水性較好，而憎水性喪失試驗最小靜態(tài)接觸角則反映其局部問題。

2.2 SEM 試驗

為了使試樣具有代表性，從嚴(yán)重粉化、輕微粉化和運(yùn)行良好試樣中各選取1 支復(fù)合絕緣子(編號4、13、2)進(jìn)行掃描電鏡試驗。從放大1 000 倍和500 倍的試樣表面來看，嚴(yán)重粉化、輕微粉化和運(yùn)行良好的試樣表面都出現(xiàn)了裂縫和孔洞，但是三者的情況并不一樣。從傘裙表面裂縫和孔洞來看，嚴(yán)重粉化試樣的最大，輕微粉化試樣的次之，運(yùn)行良好試樣最小。這是由于在運(yùn)行環(huán)境(紫外線、溫濕度、污穢和電暈等等)的影響下，傘裙表面隨著年限的增長出現(xiàn)不同程度的老化。另一方面，傘裙表面的裂縫及孔洞密度大小分布對初始靜態(tài)接觸角產(chǎn)生重要的影響。

3 結(jié)束語

本文通過復(fù)合絕緣子進(jìn)行憎水特性試驗、SEM、FTIR 試驗，發(fā)現(xiàn)粉化試樣初始靜態(tài)接觸角并不能反映其實際憎水性水平，而憎水性喪失及恢復(fù)試驗則較好檢驗試樣的老化特性。另外，SEM 試驗?zāi)苤庇^觀測到不同老化程度試樣表面的裂縫和孔洞和，檢測出不同試樣的老化程度。

［1］關(guān)志成，劉瑛巖，周遠(yuǎn)翔，等.絕緣子及輸變電設(shè)備外絕緣［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2006.1～160.

［2］關(guān)志成，彭功茂，王黎明，等.復(fù)合絕緣子的應(yīng)用和關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.高電壓技術(shù)，2011，37 (3):513－519.

［3］崔江流，宿志一，易輝.我國硅橡膠復(fù)合絕緣子的應(yīng)用與展望［J］.中國電力，1999，32 (1):38－41.

［4］關(guān)志成，張仁豫，薛家麒，等.自然污穢可溶鹽構(gòu)成及其對污閃電壓值的影響［J］.電瓷避雷器，1989，112(6):13－18.

［5］Hillborg H，Gedde U W.Hydrophobicity changes in silicon rubbers ［J］.IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，1999，6 (9):708－710.

［6］許 喆.復(fù)合絕緣子的長期運(yùn)行性能試驗研究［D］.濟(jì)南:山東大學(xué)，2009:82－84.

［7］周伯云，潘 登.現(xiàn)場老化復(fù)合絕緣子的憎水性特征［J］.大眾用電，2011 (11):27－28.

［8］賀博，萬軍，張剛，等.自然老化硅橡膠材料表面憎水性及耐受特性的研究［J］.高壓電器，2009，45 (5):16－19.