高電壓絕緣技術的應用與研究

雷亮 許曉晨

摘 要：高壓交流和直流輸電在現(xiàn)代電網系統(tǒng)中顯現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)勢，輸電容量大，傳輸距離遠，電能損耗低，線路造價低，線路走廊窄，適合于大型能源基地電力傳輸到遙遠的負荷中心，能夠提高并列運行的交流輸電線路的輸電能力，具有良好的社會和經濟效益。同時，近四十年來工農業(yè)水平飛速發(fā)展，高壓輸變電設備的應用越來越廣泛，體現(xiàn)出越來越重要的作用，需求量大大增加，因此要求高壓設備和高壓輸電線路具有更加可靠、穩(wěn)定的絕緣水平，開展對于高壓輸變電設備和高壓輸電線路整體及局部絕緣更加深入細致的研究越來越迫切。

關鍵詞：高電壓；絕緣技術；外絕緣；絕緣材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.159

0 前言

絕緣材料和絕緣結構是高壓設備的重要組成部分，絕緣系統(tǒng)的好壞決定著高壓設備的安全性能和運行性能。實際上，50%的設備故障與絕緣有著直接或間接的關系。絕緣材料和絕緣結構的合理與否對高壓設備的質量、運行效率乃至使用壽命都有著至關重要的作用。高壓設備的絕緣技術水平主要是由他們選擇的絕緣結構和絕緣材料確定的，絕緣材料的優(yōu)劣與絕緣結構的合理與否決定著高壓設備絕緣水平的高低，這也就說明高壓絕緣的研究主要聚焦在絕緣材料與絕緣結構兩方面。制造和選擇更加穩(wěn)定可靠的絕緣材料以及設計更加優(yōu)良的絕緣結構將進一步提高高壓設備的絕緣水平，增強高壓設備的運行穩(wěn)定性，減少高壓設備的故障發(fā)生率，延長高壓設備的使用壽命，提升高壓設備的整體運行性能。

交流電壓在短時間內對絕緣造成的化學和熱影響是比較小的，可以忽略不計。但是，外施電壓作用時間較長時，絕緣長時間地受到電、熱、化學和機械力等因素的影響和作用，會發(fā)生一系列物理、化學變化，致使其電氣、機械及其他性能逐漸劣化。戶外運行的絕緣系統(tǒng)比室內的更為復雜，面臨的問題也更多，解決起來更為棘手，在此，絕緣系統(tǒng)的主要部分是研究戶外絕緣。大型發(fā)電廠和大型變電站是高壓設備最為集中的場所，因此在研究高壓絕緣過程中，要針對性地采集這些場所的長期運行外部環(huán)境的數據，分析戶外環(huán)境對于高壓設備絕緣破壞的形成過程和嚴重后果，為制定更高質量的絕緣設計提供依據。

1 高電壓設備外絕緣的主要材料

電工陶瓷是以前使用最多的高壓設備外絕緣材料。因為這種材料有著非常良好的電氣性能，機械強度較高，并且具有絕大多數材料無法達到的環(huán)境穩(wěn)定性。但陶瓷畢竟是一種脆性材料，有著高抗壓強度的力學性能，但是其抗拉強度較低，抗沖擊性能甚至更糟。而且電工陶瓷表面的親水性導致其易發(fā)生濕閃和污閃現(xiàn)象，造成電力系統(tǒng)安全事故。伴隨著工業(yè)制造技術的迅速發(fā)展，許多有機材料制成并不斷改良優(yōu)化，很多有機材料之前性能表現(xiàn)不佳，如今得到很大提升，所以一些有機材料被引入了高電壓外絕緣領域，電力系統(tǒng)中通常使用復合結構的有機絕緣材料，包括脂乙丙橡膠、環(huán)族環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、硅橡膠或類似物。

2 電壓絕緣技術的應用與發(fā)展趨勢

2.1 有機絕緣材料在高電壓外絕緣中的應用

有機絕緣材料在高壓外絕緣領域使用的越來越廣泛，幾乎擴展到所有涉及絕緣的電氣產品，甚至制造出電工陶瓷和鋼化玻璃所沒有的產品。棒形懸式復合絕緣子和線路支柱復合絕緣子的有機材料在高壓應用領域中的絕緣是最成功的代表，目前，高壓電力傳輸系統(tǒng)越來越多地使用棒形懸式復合絕緣子和線路支柱復合絕緣子。

2.2 有機外絕緣產品的主要優(yōu)點

目前實際應用的絕緣子主要有瓷絕緣子、玻璃絕緣子和復合絕緣子三類，復合絕緣子與前兩類相比，具有更明顯的優(yōu)勢。在同樣的承受電壓下，復合絕緣子要比瓷絕緣子和玻璃絕緣子的重量輕許多，所以強度重量比更高，對于輸電線路和桿塔的機械受力要求更低；有機復合絕緣材料表面具有良好的憎水性，因此它的耐濕和耐污能力更好，濕閃和污閃電壓更高，污層電導很低，泄露電流很小，在相同污穢度和相同絕緣泄露距離條件下，其污閃電壓要比其他絕緣子更高。復合絕緣子如此優(yōu)異的性能大大減少了電力系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率，提高了系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性。同時由于復合絕緣子的良好耐污性能使得它在高污染地區(qū)也不必定期清掃，也不需要進行零值檢測，大幅度減少了高污地區(qū)絕緣子的運維成本。此外，由于復合絕緣子耐沖擊能力強，在運輸和搬運過程中不易碰傷和碎裂，減小了它受到人為因素的破損風險。

3 高電壓有機外絕緣需要研究解決的主要問題

作為高壓設備外絕緣，老化幾乎是一個永恒的問題，有機絕緣材料也不例外。復合絕緣子以硅橡膠為主添加多種填充劑制成，外絕緣長年暴露在室外復雜的大氣環(huán)境中， 長期承受高強度電磁場的作用和陽光暴曬、風吹雨淋、高溫嚴寒等的浸蝕， 使得絕緣材料不斷劣化， 降低了絕緣水平，危及電網安全，所以，研究外絕緣老化性能是十分重要的。硅橡膠具有優(yōu)異的耐強光輻射、耐高溫、耐臭氧和耐霉菌等性能， 但是硅橡膠質量、填充劑性能和塑煉硫化工藝參數等的變化都會影響外絕緣的耐老化性能。另外，復合絕緣子外絕緣硅橡膠在生產過程中所用原材料質量不一， 合成工藝、質量控制水平和分子大小及分布不同， 都將影響硅橡膠耐老化和劣化水平。因此，找出影響外絕緣老化因素， 制定出外絕緣所需各種原材料性能指標， 確保外絕緣耐老化性能的穩(wěn)定性，是十分有必要及早加以認真研究的。

4 結束語

國外公司成功地將機絕緣材料應用在輸變電設備上， 我們應盡快地學習應用， 促進我國高壓設備有機絕緣行業(yè)更新發(fā)展。從目前國內外趨勢來看， 有機絕緣體的發(fā)展勢不可擋； 成為電氣絕緣領域發(fā)展的重要方向之一。而且有機絕緣材料應用得越來越廣泛，只要能解決相應的技術問題， 同時制定出明確的國家標準， 有機絕緣材料擁有光明的發(fā)展前景。

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