硅橡胶复合绝缘子老化表征评估研究的现状与进展

硅橡胶复合绝缘子老化表征评估研究的现状与进展

孙龙勇石治中

（河南平高电气股份有限公司河南平顶山467000）

摘要：为了更加深入的了解硅橡胶复合绝缘子老化表征评估研究的现状与进展，本文对复合绝缘子硅橡胶材料的老化进行了分析，同时对现阶段常用的，以及新型的绝缘子老化评估方法进行了简单介绍，旨在为复合绝缘子的运行、维护，以及生产设计等提供重要的借鉴、参考。

关键词：硅橡胶；复合绝缘子；老化表征评估

前言：硅橡胶复合绝缘子不仅自身重量轻，运输安装方便，同时还具有较强的耐污闪能力，因而其在电力系统的外绝缘中应用比较广泛。但是，由于工作环境条件比较恶劣，在长期的污秽、放电、温湿度以及紫外辐射等因素的影响下，复合绝缘子硅橡胶材料不可避免的会出现老化情况，影响其功能的发挥，这也是现阶段业界最关注的一个难题。

一、复合绝缘子硅橡胶材料的老化分析

复合绝缘子的组成可以划分为3部分，即芯棒、金具以及伞裙护套。多年实践经验表明，导致复合绝缘子出现损坏的原因包括芯棒断裂、金具和芯棒的连接出现松脱、界面击穿及外绝缘硅橡胶出现严重裂化而导致芯棒暴露在外等。作为一种性能相对较为优良的聚合物绝缘材料，硅橡胶被广泛用作输电线路绝缘子以及变电站设备外绝缘材料[1]。由于运行时间的增加，以及湿度、污秽等恶劣条件的影响，硅橡胶材料会呈现出一定的老化现象，常见的如漏电起痕、憎水性减弱、变脆变硬、龟裂、分化、电损蚀以及褪色等，而导致复合绝缘子材料出现老化的因素有很多，主要包括热老化、光老化以及环境老化等。复合绝缘子材料的老化，直接会导致绝缘子的憎水性下降或者丧失，耐污闪性能减弱，进而降低绝缘子的可靠性。严重时，甚至可能导致护套受损，芯棒外露，进而导致芯棒发生脆断、造成掉线、掉串等严重事故，尤其是在沿海、重污染以及高温、高湿等地区，绝缘子的老化现象更为严重。

二、绝缘子老化表征评估研究的现状

现阶段，硅橡胶复合绝缘子老化表征评估的方法主要包括以下几种：

（一）离线试验方法

为了对电力系统运行的安全性提供有效保障，相关部门必须对复合绝缘子材料进行定期的抽检，抽检试验的项目主要包括破坏性与非破坏性两种。

（1）破坏性试验

首先，闪络电压测试。复合绝缘子发生闪络现象的原因，主要在于其表面的污秽、老化等因素，通过对闪络电压进行测试，可以对绝缘子做出较为整体性的评价，然而由于测试结果的分散性很大，因而这一评价方法的有效性不够高。其次，机械负荷耐受试验。最后，2m跌落试验。顾名思义，将复合绝缘子在与地面相距水平距离为2m处的高空，向下自由低落三次，若伞群发生断裂，则证明材料出现老化。

（2）非破坏性试验

首先，外观检查，即通过对复合绝缘子的外貌进行观察，对其老化情况进行评价。外观检查属于一种最直观的检查方法，尽管比较粗糙，但也是必须要进行的工作之一。其优点在于能够直观的发现明显的老化现象，缺点则在于对部分内部缺陷或者老化的前期特征无能为力。

其次，憎水性测试。憎水性能的测试，也是对复合绝缘子老化表征进行评估的一项重要标准。测试憎水性的主要方法包括三种，即表面张力法、接触角法以及喷水分级法。其中，接触角法的应用条件比较苛刻，但精度也最高；喷水分级法最为简便，表面张力法应用最少。

再次。超声检测。超声检测主要是应用于对复合绝缘子材料内部的裂痕等进行检测，当其内部存在裂痕时，在时间轴上便会出现裂纹的反射波，进而根据缺陷波的位置与大小，对绝缘子内部的缺陷情况进行判断。

（二）现场检查方法

首先是外观检查，当缺陷尺寸较小时，需要用到高倍数望远镜。其次，电场分布测量，主要是借助非接触方式与绝缘子串的电场分布情况，对绝缘子的性能进行判断。再次，红外成像法，对局部热故障进行检测。第四，紫外成像法，主要应用在外部放电型故障的检测，常见的包括绝缘子表明放电以及尖端电晕等，可以形象、直观的将放电位置及其严重性呈现出来，且时间短、操作简便，检测效率高。第五，泄漏电流测量。复合绝缘子的泄漏电流特性，主要是用来表征其污秽程度，进而为污闪预防提供有利的技术支持。第六，憎水性带电测量，主要应用在实验室检测中，在现场实施过程中存在一定的安全隐患。

三、绝缘子老化表征评估研究的主要进展

经过多年研究，新增了多种绝缘子老化表征评估的方法，具体如下：

（1）材料微观分析法：主要是对复合绝缘子材料的微观形貌以及成分进行分析，在材料出现老化现象之后，其表面形貌会出现极为明显的变化，包括孔洞、裂纹等，老化现象越严重，孔洞越大，裂纹也越深，因而材料微观分析法能够有效的对绝缘子老化情况进行评估。

（2）陷阱特性测试法

复合绝缘子材料出现老化之后，会产生一定的物理性缺陷与化学缺陷，进而便会生产物理性与化学性陷阱，陷阱特性测试法的出现，对绝缘子老化表征的评估提高了新的研究视角。常见的陷阱特性测试法包括等温电流衰减法、热刺激电流法等。

（3）微波法

微波法指的是向复合绝缘子材料发射微波，观察微波的反射波，若材料内部存在气孔等，微波的反射波将会出现改变，进而实现对缺陷的检测，这种方法的检测原理与超声探伤极为类似[2]。这种检测方式，支持飞机除检测，能够对芯棒中的微小气泡进行检测，但缺点在于无法穿透金属，适用范围有限。

（4）X射线成像法

该种方法能够在不对绝缘子产生破坏的前提下，获得检测位置的内部结构图，进而直观的发现检测位置的老化问题。

（5）核磁共振法

该种方法是从复合绝缘子材料的化学结构入手，对其进行微观分析。核磁共振法对绝缘子的检测，是一种评估绝缘子老化的新的角度。

结论：复合绝缘子因其自身较强的耐污闪性能，得到了广泛应用，而运行时间的增加，以及各种环境因素的影响，复合绝缘子材料会出现不同程度的老化问题，影响其性能的发挥，在某些沿海或者高海波地区，甚至会影响绝缘子的使用寿命。因此，对复合绝缘子的老化表征评估方法进行研究，具有极为重要的现实意义。本文通过对复合绝缘子硅橡胶材料的老化分析，对目前常用的以及新型的老化表征评估方法进行了研究，进而形成基于材料老化特性的评估体系，为绝缘子材料老化问题的解决，提供有利支持。

参考文献：

[1]汪佛池，黄成才，李永刚，等.硅橡胶复合绝缘子老化状态评估新判据[J].电网技术，2014，38（11）：3224-3229.

[2]张锐.复合绝缘子用硅橡胶材料的配方设计与老化性能评估[J].电瓷避雷器，2012，16（06）：39-45.