摘要：硅橡胶合成绝缘子作为一种新产品具有重量轻、体积小、抗闪络、耐老化、免检修和免维护等优点，近年来在35kV-220kV线路上得到广泛使用。通过对合成绝缘子运行进行分析，对确保高压输电线路安全运行，提高供电可靠率有着重要意义。
关键词：合成绝缘子；基本结构；运行分析
在输电线路上采用的绝缘子，按电介质材料分为瓷、玻璃、有机合成绝缘子３种类型。在长期的运行中，绝缘子会受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响；在电气上要承受强电场、雷电冲击电流、工频电弧电流的作用；在机械上要承受长期工作荷重载、综合荷载、导线舞动等机械力的作用。为确保电力系统安全运行，提高供电可靠率是对电力企业考核的一项重要指标，而不断运用高科技材料又是解决这个问题的有效途径。硅橡胶合成绝缘子具有重量轻、体积小、抗闪络、耐老化、免检修和免维护等优点，在35kV—220kV线路上得到广泛使用。
一、合成绝缘子的基本结构
合成绝缘子也称为有机复合绝缘子、橡胶绝缘子或非瓷绝缘子，它是由有机合成材料组成复合结构绝缘子，主要有芯棒、金具、伞裙护套和粘接层组成。
（1）金具是合成绝缘子的机械负荷的传递部件，它和芯棒组装在一起构成合成绝缘子的连接件。结构的好坏影响到芯棒强度的发挥和绝缘子的机械性质。
（2）伞裙护套是合成绝缘子的外绝缘部分，其作用是使合成绝缘子具有足够高的抗湿闪和污闪的外绝缘性能，保护芯棒免受大气侵蚀。
（3）芯棒是合成绝缘子机械负荷的承载部件，同时又是内绝缘的主要部件。
（4）粘接层一部分是用粘合胶完成护套与芯棒之间的连接；另一部分是用灌封胶来完成伞裙之间的连接。粘接质量的好坏直接关系到内绝缘的水平。
二、合成绝缘子与瓷绝缘子的性能比较
（1）以SGX-35kV、SGX-110kV、FXBW4-220/100-2350绝缘子和瓷绝缘子作如下比较：
表1的数据表明，合成绝缘子的防污水平明显比瓷绝缘子高。从输电室管理的线路实际运行情况来看，效果还是可以的。由于硅橡胶表面是低能面，具有优良的增水性，不易积聚灰尘和其他含盐物质，耐污性能好，污闪电压高。相同的爬距，合成绝缘子等效于瓷绝缘子1.3～1.4倍的绝缘水平。但是合成绝缘子的工频干闪电压比瓷绝缘子低，这说明瓷绝缘子耐受系统过电压的水平要大大好于合成绝缘子。
（2）由于合成绝缘子是外胶装结构，无零值，克服了内胶装绝缘子脚球根部强烈电化学腐蚀锈烂的弊端，提高了绝缘子安全可靠性和使用寿命。
（3）合成绝缘子是棒型绝缘结构，一般不发生内部击穿事故，其绝缘强度高、无零值，所以也不需要象瓷绝缘子一样检测零值，减轻了送电线路的维护工作量，大大提高劳动生产率。
（4）合成绝缘子重量轻，仅为瓷绝缘子的1/7，不易破碎，方便了运输和施工。
三、合成绝缘子的运行性能及分析
（1）雷击闪络
在输电室有机合成绝缘子的故障统计中，雷击故障约占85％左右。雷击故障次数与雷电活动次数成正比，主要发生在雷电活动频繁的地区。根据运行情况有些人认为，与瓷、玻璃绝缘子相比较，有机合成绝缘子的耐雷性能较差。特别是在110kV及以下电压等级的输电线路中显得较为突出。根据运行经验，在发生雷电闪络后，凡有机合成绝缘子两端均配置有均压环的，绝缘子表面仍保持完好，仅有局部伞裙发白；而仅只在导线端安装了均压环的，有的伞裙烧损严重，塔侧的金具也被烧蚀；而两端均没装均压环的，则两端金具及伞裙均有烧蚀现象，需要更换。对有机合成绝缘子的憎水性试验进一步说明，遭雷击闪络但无烧损的绝缘子仍保持较好的憎水性，但有明显烧蚀痕迹绝缘子的憎水性能则大大降低，意味着其耐污闪能力也将大大降低。因此，综合考虑耐雷水平和绝缘子的保护这两个方面，不应该仅为不降低耐雷水平而取消均压环，而应该适当增加绝缘子高度，特别是在雷电活动密集区和雷电易击点，所使用的合成绝缘子更应适当加长，使装配均压环后的空气间隙及放电距离不会减小。
装设均压环的另一个好处是使合成绝缘子的电场分布更趋均匀，不仅可减缓在长期工作电压下，因局部高场强引发局部放电而造成绝缘子的老化或劣化，而且在同一放电距离下，可因电场均匀使放电电压提高，从而提高雷击闪络电压。从运行及试验情况来看，均压环的结构及加工状况对放电电压也有一定影响，均压环局部有尖端或因结构不合理形成局部的高场强也会起到降低雷击放电电压的作用；有机合成绝缘子的雷击闪络大多可重合成功，这是因为有机合成绝缘子属不击穿结构，当放电在空气中发生时，不会对绝缘性能产生不可逆影响，属可恢复性绝缘；而瓷绝缘子在雷击放电时可能发生内击穿，严重时可能在强大的工频电弧电流作用下发生爆炸，这种情况属不可恢复性绝缘。另需说明的是：有机合成绝缘子的防污性能是源于其外绝缘材料的特性，防雷性能则与外绝缘材料无关，只与其两端间隙距离及电极开状有关，距离越大，电场越均匀，其雷击放电水平就越高。
（2）鸟害闪络
在绝缘子正上方的横担及金具上栖立飞鸟时，可能因鸟粪形成鸟害闪络。这种闪络通常是绝缘子表面爬电及空气放电的一种混合闪络。鸟粪短接部分空气间隙并降低绝缘子局部表面的外绝缘性能，造成绝缘子的绝缘性能下降。鸟害闪络一般可从绝缘子表面的鸟粪残迹及地面的鸟粪痕迹来进行分析。对鸟害闪络，可在绝缘子正上方的横担上安装鸟刺，防止鸟粪直接落在伞裙的上方，也可在绝缘子上端加装防鸟粪均压环，防止鸟粪直接桥接绝缘子伞裙。在有机合成绝缘子的闪络故障统计中，鸟害造成的闪络仅低于雷击闪络，居第二位；与瓷绝缘子、玻璃绝缘子串相比，由鸟害造成的合成绝缘子闪络率较高。其原因可能是：①有机合成绝缘子的伞间距较小，在鸟排便的瞬间，易于形成鸟粪的桥接，从而发生伞裙间飞弧短接现象。②有机合成绝缘子的伞裙是柔性材料，大鸟粪便在重力作用下坠落时，易于全部顺伞裙边缘落下，不易反弹和飞溅；而瓷和玻璃属刚性材料，由于反弹和飞溅可以减少落下的鸟粪量，甚至阻断鸟粪对伞裙的桥接。因此，可以说有机合成绝缘子鸟粪闪络率较高是与其本身的结构及材料特点有一定关系的。
（3）合成绝缘子污闪及憎水性
有机合成绝缘子具有污闪电压高的优点。在同样的爬距及污秽条件下，其污闪电压明显高于瓷绝缘子和玻璃绝缘子。原因是硅橡胶伞裙表面为低能面，它具有良好的憎水性，而且硅橡胶材料的憎水性还具有迁移性。通过迁移，到污秽层表面使其也具有了憎水性，污秽层表面的水分以小水珠的形式出现，难以形成连续的水膜，在持续电压的作用下不会像瓷、玻璃绝缘子那样形成集中而强烈的电弧，表面不易形成集中的放电通道，从而具有较高的污闪电压。另外，有机合成绝缘子杆径小，在同样的脏污条件下，其表面电阻比瓷、玻璃绝缘子要大。一般来说，表面电阻越大，污闪电压也越高。此外，与瓷、玻璃绝缘子下表面伞棱式结构不同，有机合成绝缘子伞裙的结构和形状也不利于污秽的吸附及积累，而且有机合成绝缘子不需要清扫积污，有利于线路的运行维护。但是，运行经验表明：有机合成绝缘子耐污闪能力强并不等于不会污闪，造成污闪的原因是表面快速积污或积污过多造成憎水性难以迁移、气候环境等外因造成绝缘子憎水性减弱或暂时丧失、硅橡胶材料老化造成憎水性及污闪性能下降等。试验及运行中均已发现有机合成绝缘子在长期受潮后，如在连续雨雾的气候条件下，硅橡胶的表面憎水性能有程度不同的下降，有的绝缘子甚至暂时丧失憎水性能，造成漏电增大，污闪性能明显降低。在外部连续雨、雾等潮湿条件消失后憎水性会逐渐恢复。
影响有机合成绝缘子憎水性能恢复的主要因素有：①伞裙的硅橡胶材料配方不同，其憎水恢复率也不同，性能良好的硅橡胶材料其憎水性恢复速率快，性能较差的硅橡胶材料其憎水性恢复速率慢，污层表面憎水性迁移的速率也较慢。②合成绝缘子连续受潮的时间越长，恢复憎水性所需时间越长。③环境温度低，憎水性恢复较慢；环境温度高，则憎水性恢复较快。④绝缘子表面粗糙度高的，憎水性恢复较慢。运行时间长的旧绝缘子比新绝缘子憎水性恢复慢，材料的老化亦会影响憎水性的恢复。⑤发生闪络后且有一定烧痕的绝缘子，其憎水性恢复明显减慢。虽然在试验中仍然可能通过各项电气试验，但在一定的气候条件下，特别是湿度大、温度低的气候环境下，闪络的概率明显增大。因此，有机合成绝缘子在一定的气候条件下，发生污秽闪络是完全有可能的。
（4）合成绝缘子的劣化
有机合成绝缘子的故障率较瓷绝缘子的劣化率及玻璃绝缘子的自爆率低，瓷绝缘子的年劣化率约为千分之一，玻璃绝缘子的自爆率约为万分之几。目前，从运行情况来看，有机合成绝缘子的运行可靠性较瓷、玻璃绝缘子好，但随着运行时间的增长，有机材料的老化劣势将逐步突出。其原因：一是伞裙材料的老化将会降低防污性能及电气绝缘性能。二是芯棒多年运行后因其蠕变特性将降低机械强度并暴露出端部金具连接中的问题，而且由于国内不少产品是楔接式，在长期的运行中可能出现微量滑移，使密封胶开缝，在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。有机合成绝缘子由于有机材料本身的老化特性，其老化率及劣化率随着时间会增大。
另外，机电破坏负荷试验是检测绝缘子运行特性的一项重要指标。机电破坏负荷试验结果差的产品，随着运行时间的增长，其机械强度会呈现逐渐降低趋势。输电室早期用的有机合成绝缘子在运行15年后取下进行机械强度试验，发现程度不同的存在机械强度下降的问题。有的是芯棒在额定机械负荷下出现滑移，有的是芯棒从端部金具中脱出，有的是出现断裂，经试验后随即进行成批更换。
四、结束语
合成绝缘子具有维护工作量小、质量小、耐污性能好等优点，这是瓷、钢化玻璃绝缘子不可相比的。目前在南京地区大气污染严重、塔头尺寸也限制了调爬的选择性的情况下，合成绝缘子应是污染严重地区的选择对象。但是，合成绝缘子运行时间短，运行经验尚嫌不足。目前，国外专业人士一般认为，有机合成绝缘子的老化寿命不超过25年，在线检测还缺乏适当的检测装置及方法。由于有机合成绝缘子是棒型结构，一旦失效，对线路的影响将大于由多个绝缘子组成的绝缘子串。合成绝缘子应慎重选择制造厂家及技术参数，积极研究考核其各项性能、寿命的技术指标及试验方法，对在线运行的合成绝缘子应加强监测。
参考文献：
[1]广东省电力试验研究所.广东省合成绝缘子运行总结.1998
[2]邱志贤. 高压复合绝缘子及其应用[M]. 北京：中国电力出版社，2006.
[3]杜文玉.500 kV输电线路绝缘子的选择[J].中国电力，1997.
论文作者:杨贵友
论文发表刊物:《电力设备》2018年第13期
论文发表时间:2018/8/21
标签：绝缘子论文; 水性论文; 鸟粪论文; 鸟害论文; 硅橡胶论文; 表面论文; 性能论文; 《电力设备》2018年第13期论文;