硅橡膠在電力系統外絕緣中的應用研究

彭 磊

（中國電力科學研究院有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引 言

電力系統中頻繁出現事故的是外絕緣。要想確保電力系統安全運行，必須最大程度提高外絕緣水平。一直以來，電力系統研究的重點都是提升和改善外絕緣性能。每一類絕緣子都要在長期惡劣、復雜的運行環境中符合機械性能、耐老化以及電氣性能的技術要求。具體探究發現，電力系統外絕緣主要由絕緣子的結構、性能和材料組成。戶外絕緣子中，使用最早、最多的材料為玻璃和電瓷。這兩種材料具有穩定的化學性能和良好的絕緣性能，始終是戶外絕緣子材料的主要選擇。但是，這兩種材料也有一些缺點，如表面親水性，若將其應用到大氣污染比較嚴重的區域，極易出現電網安全事故，引發大面積污閃問題。電力系統外絕緣中運用硅橡膠，不僅可以減少污閃問題，而且能夠達到零值檢測的目的，提高防污能力，有效確保電網安全穩定運行。這一材料的運用也會出現一些問題，即應用前往往出現劣化現象，需要相關人員依據硅橡膠材料的運行特性制定系統化的運用計劃，有效提升電力系統外絕緣管理的工作水平。

1 簡述電力系統外絕緣

近幾年，世界各國電力系統輸變電設備中所使用的外絕緣材料通常為有機材料和無機材料。有機材料包括硅橡膠、乙丙橡膠和環氧樹脂等，無機材料包括玻璃和陶瓷等。無機材料一直廣泛應用于高壓輸變電行業，擁有非常成熟的制造工藝與產品規范。有機材料中，乙丙橡膠存在諸多缺點，比如極易老化龜裂、欠缺良好的電蝕損性能與耐漏電起痕以及無優良的運行性能等。環氧樹脂存在的缺點包括傘裙表面易積污，導致憎水性無法遷移到污層表面，易吸潮水解。因此，這種材料僅可以運用到低壓電器套管中。硅橡膠的優勢在于具有良好的防污性能，可有效運用于變電站設備的外絕緣，并在架空輸電線路中得到進一步普及。其中，熱硫化硅橡膠的優點主要表現在具有良好的抗劣化與憎水性、優良的耐漏電起痕和電蝕等。經過大量實踐證明，在電力系統外絕緣中運用硅橡膠，不僅能夠避免污閃事故，大大減少清掃、零值檢測等與運行維護相關的工作量，而且能夠有效解決污穢區域輸電線路與變電站污閃問題。

現如今，人們已掌握了較高水平的橡膠制造工藝，積累了豐富的運行經驗。硅橡膠絕緣材料在相關工程中的有效應用，體現了其良好的經濟性與生命力。全方位發揮這一材料的優越性，尤其是優良的防污能力，可確保電網運行的安全性和可靠性。當前，硅橡膠使用急速增多，出現了硅橡膠劣化、損壞等問題，具體指硅橡膠材料憎水性降低、材料在低溫環境中的憎水性降低、粉化、脆化、硬化、開裂以及起痕等。因此，電網相關人員必須充分掌握硅橡膠材料的運行特性。

2 電力系統外絕緣中硅橡膠的運用規范

針對硅橡膠材料的使用，我國電力行業提出了明確規范，要求其符合使用條件，即在DL/T627-2004中，約束管理了RTV防污閃涂料技術。基于此，有關單位需依據相關規范，系統化、全方位檢測各地區的電力系統外絕緣裝置，同時在規范中加大一些參數，再次試驗判定憎水性，試驗工頻濕閃絡電壓并進行人工污穢試驗。現行應用規范中，系統化約束了HTV、RTV的實際參數。

運用規范參數：（1）HTV擊穿場強≥20kV/mm，RTV介電強度≥18kV/mm；（2）體積電阻率≥1×1 012 Ω·m；（3）HTV撕裂強度≥10kN/m，RTV撕裂強度≥3kN/m；（4）HTV可燃性應完全符合FV-0級，且RTV可燃性中的RTV-Ⅰ型為FV-1級，RTV-Ⅱ型為FV-0級；（5）HTV和RTV-Ⅰ型拉斷伸長率≥150%，RTV-Ⅱ型≥250%。隨著RTV硅橡膠數量的逐漸增多，相關人員必須高度重視掛網技術運行管理結構，進一步提升質量控制水平，以此達到輸電線路復合絕緣子的運行要求[1]。

3 電力系統外絕緣中硅橡膠的運用特性

3.1 運行條件影響到憎水性

通過觀察復合絕緣子的外觀，能夠看到其表面出現了明顯的放電痕跡，這時硅橡膠的具體憎水性越來越弱，甚至消失。傘套材料也往往會出現多種問題，包括破裂、粉化和硬化等。此外，多個地區運行的絕緣子會表現差異化的特點。評估憎水性時，主要評估分析角度包括憎水性、憎水性恢復特性、憎水性變弱和憎水性遷移特性等。硅橡膠憎水性會被低溫因素影響，如果在-5～5 ℃的水中放入硅橡膠，放置時間為2～8 h，待溫度充分平衡后拿出將硅橡膠，可以發現硅橡膠的憎水性能出現一個較為顯著的低溫臨界點，且硅橡膠已經失去憎水性，表面出現結冰情況。差異化的絕緣子臨界點具有一定區別，運行時間也不相同。當處于低溫環境中，硅橡膠的憎水性會不種程度的下降，表面親水性會變強。因此，相關人員需依據環境要素與基礎要求，評估多個地區環境和運行條件的劣化狀況，以此制定有效的硅橡膠處理手段。

3.2 硅橡膠的耐漏電性能與電蝕損性能

電力系統設備運行一段時間后，硅橡膠的耐漏電起痕、電蝕損性能會發生一些變動，如果無法科學、合理約束硅橡膠的電蝕損性能、耐漏電性能，將極大影響絕緣子的憎水性。只有將硅橡膠的耐漏電性能和電蝕損性能控制在TMA4.5級之間，才可以確保硅橡膠運行的安全性、穩定性，并有效維護表面憎水性，確保后續處理工序的有序進行，提升絕緣子的具體處理成效和應用水平[2]。

3.3 硅橡膠運行過程中的機械性能

對電力系統外絕緣設備管理而言，相關技術人員必須有效監督硅橡膠運行的機械性能，不斷完善測試過程，有效提升對應參數的整體水平，從而有效提升管理工作的成效和整體管理控制水平[3]。對于不同運行時長中的電力系統外絕緣設備，硅橡膠試樣的撕裂程度不同，如果未符合撕裂強度規范，必須馬上更換，且伸長率必須符合對應規范要求。硅橡膠運行過程中，其具體機械性能會發生一定改變，如果沒有符合相關規范，必須更換新的絕緣子。現階段，我國還沒有對復合絕緣子傘套進行材料性能判斷與規范管理。因此，有關部門管理控制電力系統時，應充分管理硅橡膠運行期間導致機械性能減弱的客觀因素與材料因素，杜絕安全隱患。

3.4 硅橡膠運行過程中的積污特性

材料是否擁有良好的憎水性、憎水恢復性、憎水性變弱和憎水遷移性，直接受到硅橡膠分子結構特性的影響。硅橡膠分子結構特性能夠確保液滴在硅橡膠中不會出現不間斷的水膜，有效避免閃絡放電、高壓擊穿風險。基于此，相關人員應依據規范化流程處理硅橡膠，有效提升復合絕緣子的積污處理水平[4]。

4 結 論

我國有機外絕緣的發展源頭是線路絕緣子防污閃，對電力性能提升的研究，重點在于新材料的選擇與新材料性能的提升。我國電力系統中硅橡膠復合絕緣子得到普及。它不僅具有良好的防污閃性能、機械性能和電氣性能，而且具有可接受的老化性能，且價格比較低廉。未來，硅橡膠的運用中，硅橡膠線路復合絕緣子將具備良好的抗污性能、易維護和價格便宜等優勢，是我國電力行業的首要選擇。因為硅橡膠線路復合絕緣子極易制造出大噸位與高電壓的產品，所以在極大程度上增大了特高壓與直流線路的運用。相較于線路絕緣子，電站絕緣子則要求老化性能。為了能夠在電站絕緣子中廣泛應用復合絕緣子，必須積極研究使用年限、損傷修復和狀態判斷等方面。相關企業將硅橡膠運用到電力系統外絕緣時，技術人員應密切監測、合理評估積污特性，貫徹落實常規化管理控制體系，從而有效提升硅橡膠的應用水平。