高原强辐照复杂环境对复合绝缘材料性能影响关键技术研究综述

刘劲松

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局，云南 昆明650217）

0 引言

复合外绝缘材料在电力设备中的应用越来越广泛，许多电厂、变电站、电力线路、用户的电力设备均位于高海拔地区。高原与平原地区截然不同，特有的日光紫外辐照强、昼夜温差大、强风等因素，使得电力设备运行条件更为恶劣，复合绝缘材料老化加速、憎水性减弱，易于发生表面放电，进而影响外绝缘特性及寿命。

目前国内外对于高原强辐照复杂环境下复合绝缘材料的老化机理、现场运行及维护、运维技术标准规范等研究不够充分，电力设备用户运维过程中即使严格按照现行运维规程对在运复合绝缘材料设备进行清洁，仍存在无效清洁、积污严重、大面积青苔生长、憎水性遭不当清洗破坏后严重下降等问题，直流电场环境下尤其明显。

1 国内外研究现状

1.1 紫外线对复合绝缘材料表面憎水性影响机制研究现状

环境中的紫外线一定程度上对硅橡胶复合绝缘子表面憎水性造成影响，且高海拔地区紫外线成分相较于低海拔地区有较大区别，对硅橡胶复合绝缘子表面憎水性的影响也不同。云贵高原海拔较高、空气密度低、臭氧层较薄、紫外辐照强度大，复合绝缘子的运行环境十分复杂恶劣，其老化过程显著区别于平原。目前国内研究在模拟紫外线对复合绝缘材料的影响时，大多依据GB/T 16585—1996标准，仅利用UVA紫外灯照射（低海拔地区紫外线主要成分），而忽略了高海拔地区同样含量较高的UVB及UVC紫外线，与实际运行环境中的紫外线辐射情况不符，参考价值不充分。紫外线辐射对复合绝缘材料表面憎水性影响机制的研究虽然开展了若干研究和分析，但研究并不深入，缺乏有力的实验数据支撑，未能具体描述憎水性的劣化过程。为进一步了解紫外线对复合绝缘材料表面憎水性的影响效果及影响机制，有必要针对上述不足深入开展研究。

1.2 电晕放电对复合绝缘材料表面憎水性影响研究现状

在电力系统中，电晕放电普遍存在，分布范围广泛。输电线表面毛刺、电气设备的制造缺陷及雨、雪天气下线路及设备表面的水滴均有可能造成电晕放电的产生。相关实验结果表明，电晕放电会导致复合绝缘子表面憎水性的劣化，且劣化效果与放电电压正相关。

随着海拔高度的增加，大致每上升9m，大气压降低100Pa，当气压降低时，空气中的气体分子密度减小，将会影响电晕放电的起始电压和激烈程度，对硅橡胶表面材料造成的破坏效果相较于低海拔地区更甚，给电力系统造成较大危害。

目前，我国直流输电工程蓬勃发展，已有相关研究对直流电晕对复合绝缘材料表面憎水性的影响研究较少，且并未考虑低气压对电晕放电老化效果的影响；缺乏对交、直流电晕放电对硅橡胶表面憎水性的劣化效果的比较与分析。深入开展交、直流电晕放电对硅橡胶表面憎水性的影响效果及影响机制研究具有重要的工程意义。

1.3 环境因素对复合绝缘材料表面憎水性影响研究现状

环境因素对复合绝缘材料表面凝露状态具有较大影响，环境温度、相对湿度、绝缘子表面污秽程度以及风速等与凝露过程有着密切关系，一方面环境因素直接作用于闪络过程，影响闪络特性；另一方面是通过影响复合绝缘材料表面憎水性以及憎水性迁移特性，使凝露状态发生变化，从而间接对闪络过程发生影响。

通过实验发现，绝缘子表面不溶物和可溶物的吸水能力决定了硅橡胶材料的憎水迁移性，温、湿度对复合绝缘子憎水性有很大影响：随着温度的升高，绝缘子污层表面的憎水性逐渐加强；相对湿度对憎水迁移特性的影响很大，随湿度增加，污层吸附更多空气中的水分子，抑制小分子迁移，从而导致憎水性降低。当湿度大于90%时，复合绝缘子表面迁移速率较缓慢，经过长时间静置后，表面仍未获得憎水性。另外，当环境的前后温度差不同时，绝缘子表面污层受潮的程度也不同，温差在短时间污层受潮过程中作用很明显，可以直接影响绝缘子表面泄漏电流的强度，这对于绝缘子的闪络特性影响很大。

强风以及其中掺杂的固体颗粒对复合绝缘材料性能的影响也是多方面的。一方面使复合绝缘材料表面发生磨蚀，沙尘与高速气流较长时间共同作用下，能成为静止表面的磨料，使硬度相对较低的复合绝缘材料伞裙磨耗或损伤，影响表面微观物理结构，影响憎水性；另一方面因为沙尘的侵蚀会增加伞裙表面的粗糙度，使表面易积聚沙尘，使复合绝缘材料伞裙表面积污，增加污染风险。

已有相关研究中，很多学者对环境因素（温度、湿度、污秽度等）对复合绝缘子表面憎水性及憎水性迁移特性的影响规律进行了研究，但对前后温度差较大，湿度较高的环境下憎水性变化情况的系统研究尚无报道，同时环境因素对凝露状态的影响以及对于憎水性及憎水性迁移特性在凝露状态上的体现未进行相关的模拟实验和深入探究。

2 结语

综上，目前国内外对于高原强辐照复杂环境下复合绝缘材料的老化机理、现场运行及维护、运维技术标准规范等方面研究不够充分，目前已有的大量研究都往往侧重于某一方面，复杂的高原实际环境同时存在强紫外辐照、电晕放电显著和强风等因素的影响，复合绝缘材料的使用条件更为恶劣，其老化过程显著区别于平原地区。迫切需要开展高原强辐照复杂环境对复合绝缘材料性能的影响及评价方法、自然实地运行规律对比分析、长时耐候性、复合外绝缘运维技术等方面进行研究，掌握高原环境条件对复合绝缘子老化过程和性能劣化规律的影响，进而研制适合高原环境特性的复合绝缘材料、清洗剂、PRTV涂料，并制定复合外绝缘运维关键技术规范和相应的技术标准，为高原强辐照地区复合绝缘材料的运行维护提供有力技术支撑。