刍议合成绝缘子密封性能对其运行的影响

吴玲玲

摘 要：合成绝缘子在我国应用于高压输电线路已有十多年的历史了。由于它体积小、重量轻、安装运输十分方便、维护工作量小等方面的优点，深的广大用户的欢迎。特别是它优异的防污闪性能，为电力线路的安全运行提供新的手段。

关键词：合成绝缘子;密封性能;电力系统

1.引言

据有关专家统计，在我国合成绝缘子的使用数量已超过100万支，成为世界上使用合成绝缘子最多的国家之一。根据多方面的统计表明，合成绝缘子在运行中发生事故的概率仅为同类瓷绝缘子的1/3-1/5，是玻璃绝缘子的1/2-1/4。虽然如此，全面地了解和分析合成绝缘子在运行中发生事故的类型和原因，对今后进一步提高电力线路的安全可靠性和全面提高合成绝缘子的产品质量是非常必要的。

2. 合成绝缘子运行“脆断”事故分析

在合成绝缘子运行中对电力线路安全运行危害最大的事故当属合成绝缘子的“脆断”。这种“脆断”，是合成绝缘子在运行中发生芯棒断裂，严重时会使导线落地。据了解，在我国500kV合成绝缘子运行中发生的脆断事故有4起，其中国外产品两起，国内产品两起。

脆断事故有时仅仅是在绝缘子投运很短时间内发生的。这些很少见的施工往往发生在绝缘子负荷远远小于额定机械负荷的情况下。关于脆断（brittle，fracture）的特征以及機理在CIGRE第22.03工作组的文件中有所阐述。运行中德合成绝缘子发生脆断，设计是主要原因。实验室的试验和现场产生的脆断都是在涂层憎水性破坏并遭受污染，导致潮气渗入芯棒的情况下发生的。只有当芯棒接触化学媒介时，才能发生脆断，通常酸性物质对（芯棒能承受的）机械拉力将造成影响。在所有已知运行中的合成绝缘子发生脆断的案例中，水密封性能（water tightness）缺陷的主要原因。

当合成绝缘子的芯棒暴露在周围空气中时就可能发生应力腐蚀问题。大气中存在着各种不同浓度的酸，潮湿空气中德绝缘子表面电气放电甚至可以产生硝酸。现代合成绝缘子的伞裙通常由复合材料制成。伞裙有可能受到机械损伤从而使芯棒暴露在空气中。伞裙的端部连接件的结合部件是个危险区域。上面摘自CIGRE第22.03工作组的论述较为详细的叙述陆脆断发生的现象、原理及机理。如果我们使用较简捷的语言来归纳：脆断最容易发生的部位—伞裙的端部连接件的结合部位。脆断发生的主要原因—芯棒表面的防护层被破坏，使芯棒暴露在大气中，脆断发生的机理—芯棒受大气中酸和水份的侵蚀，加之表面放电，在芯棒逐渐蚀损。在湖北葛双线500kV线路上运行发生脆断的一国外产品，断裂部位在端部金属件和芯棒的结合部位，芯棒外表面绝缘层北破坏，芯棒沿横断面被蚀损约1/3，芯棒断裂后，原来被蚀损的部分和后来断裂的痕迹可很清楚地分辨，这次脆断特征与上面的论述是一致的。为防止合成绝缘子脆断事故的发生，应该从两个方面同时着手。

一是应提高芯棒的防潮耐酸性能。早期的合成绝缘子研究表明，芯棒一旦受潮，其机械和电气性能将会大幅度地降低。坦言之，国内的芯棒和一些发达国家生产的芯棒在防潮耐酸性能方面尚有较大的差距，近年来，国内的芯棒生产厂家不断地对芯棒防潮耐酸性能进行研究。一种采用乙烯基环氧树脂生产的玻璃环氧引拔棒已经面世，不久的将来会投入实际使用中。该种芯棒不仅在防潮耐酸性能方面较传统的芯棒有提高，而且抗蠕变性能亦较好，适应于使用压接式端头连接。

二是应提高合成绝缘子的密封性能。提高合成绝缘子的密封性能对防止合成绝缘子发生脆断事故至关重要。加强合成绝缘子的密封性，其目的是为了有效的防止芯棒与空气接触，一方面应使用芯棒外层保持应有的厚度，以避免在外力破坏或长期的电蚀过程中使用芯棒得到有效地保护，另一方面，在界面，特别是在端部金属、芯棒、外护层三结合处，即端部金具颈口处是密封性能的关键部位。合成绝缘子颈口界面的密封性能与密封工艺和密封剂的性能有关，我们通常所使用的密封剂大多采用室温硫化硅胶配制而成，与高温高压下形成的作为合成绝缘子外层材料的四基乙烯基硅橡胶相比，不仅配方不同，而且成型工艺亦存在着较大差异，因此，其性能差异就更大，特别是耐漏电起痕性能方面，甚至有天壤之别。高温高压下成型的四基乙烯基硅橡胶其耐漏电起痕水平可以达到TMA4.5级以上，而在金属件与外护套结合部位的密封界面，特别是在带电端，又恰恰是电场强度最高的地方，这样就使密封剂由于电遭受到破坏。我们在进行±500kV直流合成绝缘子1000小时电腐蚀试验中，两次试验均遭失败，究其原因，就是上述现象所引起，后来改进产品结构设计，才使试验得以通过。因此，试验密封剂对界面进行密封并不是一种十分有效的防止密封被破坏的有效办法。

造成合成绝缘子界面密封被破坏还有更重要的一点，就是端部金具与芯棒的连接型式有很大关系。目前，国内采用的连接形式在合成绝缘子运行过程中，在短期大负荷量甚至超载的情况下，会发生相对位移，这种位移对合成绝缘子的安全运行造成的危害肆灾难性的。显然，位移将使密封被破坏，那么，潮气和酸雾的侵蚀是不可避免的，接踵而来的就是芯棒机械和电气强度的下降，以至于脆断的发生。有的提出防止这种后果产生的方法是采用一种延展性好的密封剂。事实上，密封剂在合成绝缘子经过3-5年的运行后已逐渐变硬，其延展性不复存在，因此，这不是一种有效的办法。

关于合成绝缘子的密封性能问题，不仅在国内已引起专家们的高度重视，同时在国外已被同行们的注目，最能说明这一点的是关于合成绝缘子国内标准IEC1109的修改，其中新增加的一项试验内容便是合成绝缘子密封性能试验，这充分说明了合成绝缘子的密封被破坏已影响到电力线路的安全运行，这种情况不仅国内有，在国外也大量存在，因此，保证合成绝缘子的密封性能就能做为对合成绝缘子的一项基本要求被提出来了。

为了提高合成绝缘子的质量，保证合成绝缘子的密封性能，我们经过长期的研究与试验，在充分吸收国外产品成功经验的基础上，研究出一种用于合成绝缘子端部界面密封的密封环。这种密封环采用铝或镀锌铁件制成，内藏一个有硅橡胶做成的密封圈，密封圈之所以采用高温硫化硅橡胶制成，一方面是由于硅橡胶弹性好，由于弹性好，经压缩后，密封效果就好;另一方面它的抗老化性能较好，从而与合成绝缘子外护层材料在电气性能和抗老化性能方面保持同步。这种内藏于密封环内的密封圈，迳密封环与端部金具的外螺纹连接后，在外力作用下从而使界面间保持永久的隔绝性能，这种结构的密封环被首次使用在±±500±kV直流合成绝缘子上，经过大量的密封性能试验，特别是采用这种密封结构的合成绝缘子通过在何兰开马公司惊醒的5000小时老化试验，证明其密封性能非常优异，即使是在端部金具与芯棒发生位移的情况下，密封亦不会破坏，目前，这种密封环已申报国家专利并获批准，逐步在合成绝缘子上推广使用。

3.总结

一是合成绝缘子的密封性能对其安全运行影响较大，合成绝缘子发生脆断的主要原因就是密封被破坏所致。

二是造成合成绝缘子密封被破坏的主要原因是密封剂抗漏电起痕水平较差及端部金具与芯棒发生位移所致。

三是密封环为保证全盛绝缘子端部密封提供了一种有效方法。

参考文献

[1] 刘鉴栋. 220kV输电线路施工安全管理探究[J]. 机电信息，2014

[2] 陈松展. 220kV高压输电线路建设项目管理分析[J]. 科技视界，2015