复合绝缘子老化检测技术综述

复合绝缘子老化检测技术综述

马建功 1

国网新疆电力科学研究院

摘要：随着设备运行时间累积以及外在环境的影响，复合绝缘子会呈现老化现象，即憎水性显著下降，伞裙硬化，芯棒机械强度降低等特征，导致复合绝缘子绝缘性能降低，跳闸率增加，运行可靠性显著降低，威胁电力系统的稳定运行。如何评估多年运行的复合绝缘子老化情况，是我国电力运检部门关注的热点。本文祥述了复合绝缘子老化的试验方法、检测与评估的最新研究情况。

关键词：复合绝缘子；老化；评估；

0引言

目前一部分早期投入应用的复合绝缘子运行时间达到20年以上，出现闪络、伞裙劣化，芯棒脆断，拉脱，连接金具掉串等电力事故日益增多，严重影响了电力系统的稳定运行，复合绝缘子的老化问题日益引起电力人员的广泛关注。复核绝缘子老化主要是橡胶在外界环境影响下硅橡胶性能逐步下降，如何综合考虑现场复杂运行条件，设计出相应的模拟严酷环境试验方案，不断重复性试验，可得到老化改造经济优选措施。

1复合绝缘子的老化及机理分析

一般意义上讲，橡胶都有使用老化问题，复合绝缘子使用的硅橡胶材料是高温硫化硅橡胶HTV-SR，同样具有橡胶老化的特征。复合绝缘子老化实际上是在外部环境影响下硅橡胶化学键断裂，产生小分子化合物，迁移性逐渐下降，引起表面缺陷增加、憎水性下降、泄漏电流增加等特性变化，导致运行可靠性降低甚至破坏等问题。

2模拟老化环境

模拟硅橡胶老化环境是研究复合绝缘子老化的常用方法，模拟环境主要是模拟影响老化权重大的因素作为主要对象，目前主要有两种：一是单因素模拟法，主要是1000h盐雾法和转轮法；二是5000h多因素试验法。

2.1单因素老化模拟法

1）1000h盐雾法，1000h盐雾试验在盐雾条件下筛选硅橡胶材料配方和复合绝缘子伞形和尺寸的设计。该方法在一定的盐雾标量条件下，绝缘子施加1000h的持续电压，试品表面放电、烧蚀，起痕、蚀损和裂纹，相对真实地再现绝缘子表面在恶劣条件下的放电现象，但该方法缺少适合所有型号绝缘子老化通用标准。盐雾老化的研究主要集中在判断材料是否能够通过试验和辅助材料筛选，以及指导伞裙设计以及性能评估等方面。目前国内复合绝缘子经过多年的发展，基本上都能通过1000h盐雾法试验。

2）转轮法，转轮法试验主要研究的是复合绝缘子的耐漏电起痕及电蚀损性能，IEC62217-2012标准将转轮法列为检测复合绝缘子的标准试验方法，IEC 62730-2012详细描述了试验流程。该标准要求在含一定要求的氯化钠的污液条件下，间隔性地在盐水浸泡40s后规定时间内加压试验30000转，时间约为70d。2014 年清华大学研制了通用型的转轮法试验装置，采用步进电机控制方式按照标准程序对不同硅橡胶配方和不同伞裙形式的硅橡胶绝缘子进行转轮法试验，为深入研究耐漏电起痕性能提供试验支持。

2.2 5000h多因素试验法

5000h多因素试验法，IEC 62730-2012详细介绍了5000h多因素试验的条件和步骤。IEC 62217-2012 5000h综合试验方法能够比较全面地模拟绝缘子的现场运行条件，反映在试验方法中各个老化因素上，包括模拟太阳辐照的紫外光、模拟现场运行污秽的盐雾、模拟降雨的降水喷淋、温湿度模拟以及机电因素的模拟等。我国根据中国气候环境特点，在IEC方法基础上提出了改进的5000h多因素试验方法。5000h多因素试验法对于考核材料长期耐老化性能更加具有一定的参考价值，可比较各外界因素对硅橡胶性能的影响权重，具有较高的实际应用价值，但是该试验所需空间大，设备复杂，试验周期长，试验操作繁琐等缺点。

3常用的老化表征评估方法

非破坏性试验

1）外观检查 外观特性检查主要通过观察外观形貌来评价复合绝缘子的老化情况，检查的内容包括：复合绝缘子表面是否出现脆化、裂纹、电蚀、粉化、树枝状放电痕迹、表面憎水性情况、伞群材质是否变硬、粘接和密封部位是否脱胶、端部的金具是否出现连接滑移现象。上述任一情况的出现就可以认为复合绝缘子材质出现老化问题。外观特性检查是最直观最粗糙的方法，但也是必要的手段之一。

2）憎水性测试 卓越的防污性是复合绝缘子相比较于其他绝缘子最大的优点之一，而防污性的好坏关键在于其表面优良的憎水性和憎水迁移性。硅橡胶表面小分子的迁移使得复合绝缘子在表面有污秽附着之后仍然具有很好的憎水性，这样使得其在表面受到污秽后也能有很高的污闪电压。但是随着老化程度的加剧，硅橡胶表面的憎水性下降。因此，憎水性的好坏也成为评判绝缘子老化程度的一项标准。

破坏性试验

1）闪络电压测试 电力系统复合绝缘子的不明原因闪络时有发生，由于影响因素复杂多变，使得闪络事故具有很大的不可预见性，闪络的原因与绝缘子表面的污秽、老化、天气状况和鸟害等密切相关。电网运维部门对复合绝缘子串取样后，进行自然污秽工频闪络电压、人工污秽工频闪络电压和50%雷电冲击闪络电压等试验，根据闪络电压水平评判复合绝缘子性能的劣化程度。

2）机械负荷耐受试验 将机械负荷平稳地升到额定机械负荷SML，耐受1min。在此期间，试品不应发生芯棒抽芯、破坏、端部附件破坏、伞裙套裂纹、密封件开裂等现象。然后增加负荷直至试品被拉断，断裂最高负荷满足破坏负荷范围值。

除此之外还有表面涂层盐密测量、端部密封测量以及水煮试验等实验室试验项目。

4新型的表征评估方法

4.1材料微观分析

电子扫描显微镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）是材料科学领域常用的分析方法，用于进行材料微观形貌和成分定量的分析。采用SEM和XPS微观检测设备，能够清晰地观察硅橡胶老化后表面状况，包括出现裂纹、孔洞等，老化越严重，裂纹会越深，孔洞越大越密集。对不同运行年限绝缘子切片进行了SEM分析：随着运行年限不断增长，材料表面出现大块缺失，老化继续向内部发展，出现了更深的孔洞，此时绝缘子老化已比较严重。材料特性分析方法能够提供微观形貌、化学成分及化学基团的丰富信息，对于研究复合绝缘子硅橡胶材料的老化机理具有重要意义。

4.2 X射线成像法

X射线数字平板直接成像技术可以高效地对工业制件进行透视检测。该技术可在不破坏绝缘子的情况下，获得绝缘子任意检测位置对比度较高的内部结构直观展现图，如可对护套内侧缺损、芯棒微小缺损、护套厚度不达标、护套与金具胶结不紧密等问题进行检测。通过运用X射线透视检测技术对复合绝缘子伞套区、芯棒区、伞套与芯棒胶结面、金具区段等4个区域的模拟缺陷进行检测，对批量的复合绝缘子进行了现场检测，X射线成像图上复合绝缘子内部结构直观可见、缺陷类型及其位置清晰可辨、护套厚度芯棒直径等可测。

5结论

文中系统综述了复合绝缘子运行中老化表征评估方法，主要结论如下。

现有的模拟严酷环境试验方法不能完全等同于现场运行环境下绝缘子的老化过程，目前需要针对特殊地区环境，研究更加接近实际运行环境的人工加速老化实验方法，进而为典型环境下复合绝缘子老化状态评估提供技术支持。

实质上复合绝缘子的老化上是橡胶的老化，因此很有必要开展基于材料特性的复合绝缘子老化研究，研究复合绝缘子材料特性随老化的变化规律，提取表征材料老化的有效特征量，深入研究不同特征量对复合绝缘子宏观特性的影响，形成基于材料老化特性的复合绝缘子老化状态评估体系。

参考文献：

1. 张建华.复合绝缘子硅橡胶外套材料性能稳定性的初步研究[J].电瓷避雷器，1998(5)：8-12.

2. 严璋，朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京：中国电力出版社，2007.