220 kV输电线路在运复合绝缘子老化性能研究.pdf

第45卷第3期2023年6 月D0I:10.13625/ki.hljep.2023.03.003黑龙江电力Heilongjiang Electric PowerVol.45 No.3Jun.2023220kV输电线路在运复合绝缘子老化性能研究葛利宏，郑建军2 3，肖占海4（1.内蒙古电力（集团）有限责任公司，呼和浩特0 10 0 2 0；2.内蒙古电力（集团）有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，呼和浩特0 10 0 2 0；3.内蒙古自治区高电压与绝缘技术企业重点实验室，呼和浩特0 10 0 2 0；4.内蒙古电力（集团）有限责任公司锡林郭勒供电分公司，内蒙古锡林郭勒0 2 6 0 0 0）摘要：利用X射线数字成像技术、宏观形貌及微观形貌观察、憎水性测试、EDS能谱检测、带护套染色渗透试验、傅里叶红外光谱检测、拉伸试验等方法，对抽取的蒙西电网某2 2 0 kV输电线路2 支在运复合绝缘子的材料老化性能进行综合分析。研究结果表明，2 支复合绝缘子样品低压侧伞裙粉化程度较高，这主要与低压侧伞裙受光照作用较明显有关；2 支复合绝缘子样品均存在因电应力作用而导致的高压侧伞裙老化程度较高现象；相比于1号复合绝缘子,2 号复合绝缘子老化程度更高，且个别伞裙还出现了硬化弯曲。关键词：复合绝缘子；伞裙；憎水性；老化性能中图分类号：TM726.3Study on the aging performance of composite insulators inoperation for 220 kV transmission lineGE Lihong,ZHENG Jianjun,XIAO Zhanhait.4文献标志码：A文章编号:2 0 9 5-6 8 43(2 0 2 3)0 3-0 19 9-0 5(1.Inner Mongolia Electric Power(Group)Co.,Ltd.,Hohhot 010020,China;2.Inner Mongolia Power(Group)Co.,Ltd.,Inner Mongolia Power Research Institute Branch,Hohhot O10020,China;3.Inner Mongolia Enterprise Key Laboratory of High Voltage and Insulation Technology,Hohhot 010020,China;4.Inner Mongolia Power(Group)Co.,Ltd.,Xilingol Power Supply Branch,Xilingol 026000,China)Abstract:The aging properties of two composite insulators serviced in a 220 kV transmission line of Mengxi powergrid are comprehensively analyzed by means of X-ray digital imaging technology,macro and micro morphologyobservations,hydrophobicity test,EDS energy spectrum detection,dye penetration test with sheath,Fourierinfrared spectrum detection and tensile test.The results show that the powdering degree of the low-voltage side shedfor the two composite insulator samples is relatively high,which is mainly related to the obvious effect of lighting.Besides,both composite insulator samples have a high degree of aging for the high-voltage side shed caused byelectrical stress.Compared with No.1 composite insulator,No.2 composite insulator has a higher degree of aging,and individual umbrella sheds exhibit hardening and bending.Key words:composite insulator;shed;hydrophobicity;aging property具有更优越的机械、绝缘及抗污闪性能，更便于安0 引 言装及维护 1-4。复合绝缘子主要由承受轴向载荷的与瓷质绝缘子和玻璃绝缘子相比，复合绝缘子高强度玻璃纤维芯棒、提供泄漏距离和电气绝缘的硅橡胶伞裙、护套以及芯棒两端用以承担机械负荷的金具等三部分组成 5-6 。作为户外电气绝缘设收稿日期：2 0 2 3-0 2-0 8。基金项目：内蒙古电力（集团）有限责任公司2 0 19年科技项目（输电线路在役复合绝缘子老化性能评估方法研究）（项目编号2 0 19-0 37)。作者简介：葛利宏（197 6），男，本科，高级工程师，主要从事电网数字化技术及电力系统配用电专业技术研究工作。备，复合绝缘子在运行中会不断受到紫外线、臭氧等环境因素及电晕、泄漏电流等电应力因素的影响。随着运行年限的增加，复合绝缘子逐渐出现界面击穿、伞裙粉化及芯棒断裂等问题，从而导致其200.绝缘性能不断降低,进而发生闪络事故 7-9。因此，针对在运复合绝缘子定期开展抽样试验，通过研究其老化性能判断硅橡胶材料的劣化程度及再运行可靠性，对提高输电线路的安全可靠性具有十分重要的意义。该文抽取蒙西电网某2 2 0 kV输电线路的2 支在运复合绝缘子，对其材料老化性能进行检测分析，进而对蒙西电网在役复合绝缘子的运行状况进行评价。1试验分析所抽取的2 支在运复合绝缘子样品信息见表1。表1推抽检复合绝缘子样品信息表Table 1Information table of the chosencomposite insulators试样电压等级额定机械杆塔号编号/kV1号2202号2201.1DR无损检测结果及分析利用ERESCO65MF4型X射线数字成像仪（d i g i t a l r a d i o g r a p h y，D R），对2 支复合绝缘子样品金具及芯棒压接质量进行检测，结果如图1所示。从图中可以观察到，2 组绝缘子样品的芯棒均到达金具端部，且芯棒与金具间及金具与护套间均未见明显缝隙、微裂纹等缺陷。(a)1号样品低压侧(c)2号样品低压侧图1复合绝缘子样品DR检测结果Fig.1DR test results of the chosen compositeinsulator samples黑龙江电力1.2宏观形貌观察与分析通过宏观形貌观察可以看出，2 支复合绝缘子样品低压侧、中部及高压侧等三个部位的伞裙表面均存在一定厚度的污秽层及不同程度的粉化现象，其中低压侧伞裙表面的粉化程度较高，这主要与低压侧伞裙表面接受的光照时间较长有关。此外，2支复合绝缘子高压侧伞裙表面均观察到局部电蚀痕迹，这主要是由于导线侧的电应力因素作用所导致的。相比于1号试样,2 号试样中部及高压侧伞裙均存在一定程度的弯曲变形,表明2 号复合绝缘子的老化程度相对较高；经过对折后，在2 号复合绝缘子高压侧伞裙表面出现了大量的龟裂裂纹，表明该部位硅橡胶材料存在较为严重的老化现象,其主要与长期电场放电作用所导致的硅橡胶材料中大分子断链有关，如图2 所示。运行时间污移负荷/kN年10050100139(b)1号样品高压侧(d)2号样品高压侧第45卷等级1515低压侧高压侧弯曲变形电蚀痕迹电蚀痕迹龟裂裂纹(a)1号试样(b)2号试样图2 复合绝缘子各部位伞裙宏观形貌Fig.2Macroscopic morphology of the chosen compositeinsulator sheds in different positions1.3带带护套染色渗透试验带护套染色渗透试验开始前，先利用金钢石锯片将每支样品沿与芯棒轴线成90 的方向切取3支试样，每支试样长度为（10 0.5）mm。然后，使用180目细砂纸对两端断面进行打磨，确保断面清洁、平行。试验时,将试样沿芯棒纤维束的轴向放人玻璃培养皿中，培养皿底部放置一层等径的钢球(12mm）和质量分数为1%的品红乙醇溶液，且其液面应比球的顶部高出2 3mm。试验过程中，染料将因毛细管作用从芯棒底面向上端面进行吸附,测量染料贯通试样的时间是否达到15min。图3所示为芯棒带护套染色渗透的试验结果，从图第3期中可以看出,在标准规定的时间内染色剂未贯穿芯棒，表明各样品的芯棒质量满足标准要求 10 葛利宏，等：2 2 0 kV输电线路在运复合绝缘子老化性能研究201.低压侧高压侧2号1号图3复合绝缘子芯棒带护套染色渗透试验结果Fig.3 Dye penetration test results of mandrel with(a)1号试样sheath for the chosen composite insulators图4抽检复合绝缘子各部位伞裙喷水评级试验结果1.4憎水性检测与分析Fig.4Water spray rating test results of the chosen2支复合绝缘子样品各部位伞裙喷水分级及憎composite insulator sheds in different positions水性测试结果见表2 和图4。从表2 中可以看出，1.5SSEM微观形貌观察及EDS能谱分析1号复合绝缘子低压侧、中部及高压侧伞裙的憎水利用HITACHIS-3700N型扫描电子显微镜性能均良好,憎水性等级为HC2HC3 级 。2 号（s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e,SEM）对2 支复合绝复合绝缘子低压侧、中部及高压侧伞裙静态接触角缘子样品低压侧、中部及高压侧伞裙表面的微观形和动态接触角的测试结果均表明，该绝缘子的憎水貌进行观察,结果如图5所示。从图中可以观察性能良好，而由喷水分级的试验结果可以看出，高到，2 支复合绝缘子三个部位的伞裙表面均被颗粒压侧伞裙表面形成了连续的水膜（见图4），表明该状污所覆盖，且存在不同尺寸的微裂纹。2 支复部位伞裙硅橡胶材料出现了较为严重的老化现象。合绝缘子三个部位的伞裙表面粗糙度由小到大均根据后退角的测试结果可以判定，2 号复合绝缘子依次为中部 低压侧 高压侧。这主要是因为复高压侧伞裙的憎水性等级为HC1，而喷水分级的合绝缘子的低压侧和高压侧伞裙与中部伞裙相比，判定结果为HC5级，可见二者间存在较大差异。所承受自然因素和电应力因素的作用较大。结合宏观形貌观察结果可知，2 号复合绝缘子高压侧伞裙存在大量龟裂裂纹，进一步证明该部位伞裙存在较为严重的老化现象，而造成这种差异的原因可能与高压侧伞裙严重老化后表面粗糙度的增加有关。表2 复合绝缘子不同部位伞裙接触角测试结果Table 2Contact angle test results of the chosen compositeinsulator sheds in different positions试样静态接触后退角憎水性检测部位喷水分级编号角）/）低压侧伞127.51号中部伞裙122.9高压侧伞110.0低压侧伞138.72号中部伞裙116.0高压侧伞127.3(b)2号试样100 m100 m低压侧高压侧100 m100 m等级43.6HC353.8HC239.6HC371.7HC268.4HC289.1HC1HC3HC2HC4