01概述
隨著電力工業(yè)的發(fā)展，輸電容量急劇增長(zhǎng)，電壓等級(jí)不斷提高，110、220、500、750甚至1000 kv都已經(jīng)出現(xiàn)并成熟發(fā)展。電力系統(tǒng)對(duì)絕緣子的要求越來(lái)越高，新型絕緣子也不斷涌現(xiàn)，以前瓷絕緣子X(jué)P系列、玻璃絕緣子LXP系列、現(xiàn)在防污瓷絕緣子X(jué)WP系列、鋼化玻璃絕緣子FC、BC等等，就其各種性能比較合成絕緣子以質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、維護(hù)工作量小、防污性能好、造價(jià)低逐漸脫穎而出。
合成絕緣子被稱為有機(jī)復(fù)合絕緣子、硅橡膠復(fù)合絕緣子
復(fù)合絕緣子按型號(hào)和不同的廠家可分為：HXS系列(保定產(chǎn)品)FXBW系列(溫州國(guó)工，湖北襄樊、廣州、)FXB系列(山東淄博、上海虹橋、大連電磁廠)XSH系列(湖北襄樊)等等。
在咱們運(yùn)城輸電線路上按電壓等級(jí)可分為110kv、220kv、500kv種。
(本文討論的是線路棒形懸式合成絕緣子)
合成絕緣子的基本結(jié)構(gòu)為金具、芯棒、傘裙護(hù)套。
芯棒是合成絕緣子機(jī)械負(fù)荷的承載部件，同時(shí)又是內(nèi)絕緣的主要部分，合成絕緣子的芯棒材料采用樹(shù)脂增強(qiáng)的玻璃纖維組成
傘裙護(hù)套是合成絕緣子的外絕緣部分，其作用是使合成絕緣子具有足夠的防濕閃和污閃的外絕緣性能，保護(hù)芯棒不受外部環(huán)境侵襲，通常傘裙護(hù)套都有優(yōu)良的耐污閃性，耐漏電起痕和電蝕性，耐高低溫和大氣老化的性能。復(fù)合絕緣子的優(yōu)異耐污閃性能都是由傘裙護(hù)套提供的，它在芯棒的外層，容易損壞，所以傘裙護(hù)套也是我們重點(diǎn)保護(hù)和研究的對(duì)象。
芯棒和護(hù)套是通過(guò)中間的粘接層連接到一起的，如果粘接不好這里就成為內(nèi)絕緣的弱點(diǎn)。
金具是合成絕緣子的機(jī)械負(fù)荷的連接部件，它與芯棒組裝在一起構(gòu)成合成絕緣子的連接件，來(lái)傳遞機(jī)械負(fù)荷。
02復(fù)合絕緣子的優(yōu)點(diǎn)
復(fù)合絕緣子從結(jié)構(gòu)到材料都完全不同與瓷或玻璃的絕緣子。性能上也大不相同，主要有以下幾點(diǎn)：
2.1強(qiáng)度高，質(zhì)量輕
接觸過(guò)合成絕緣子的人都了解，一支合成絕緣子質(zhì)量很輕，只不過(guò)是瓷質(zhì)絕緣子的1/5，但絕緣子的周向抗拉強(qiáng)度很高一般都在6000mpa以上，而這樣的優(yōu)點(diǎn)非常深受線路職工的歡迎，主要可以在施工和事故搶修中大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
2.2無(wú)零值
合成絕緣子屬于棒形絕緣結(jié)構(gòu)，其傘裙是硅橡膠的有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)其內(nèi)外極間距基本相等，一般不發(fā)生內(nèi)部絕緣擊穿，所以也不需要零值檢測(cè)。
2.3污閃電壓高
合成絕緣子的傘裙護(hù)套是有機(jī)高分子結(jié)構(gòu)，表面能很低呈現(xiàn)很強(qiáng)的憎水性。親水性或憎水性是固體材料的表面性能，水在憎水性的固體表面形成的是一種相互分離的水滴或水珠狀態(tài)，人們熟悉的荷葉表面即自然界中典型的強(qiáng)憎水性表面，水在其上呈滾圓的水珠狀;而水在親水性表面形成的則是連續(xù)的水膜或水片狀態(tài)，如水在陶瓷或玻璃表面的狀態(tài)。而不行成連續(xù)的水膜，因此泄露電流較小，難以形成局部電弧，不容易發(fā)生沿面閃絡(luò)。因而污閃電壓高。
2.4運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單
污閃性能高，不必進(jìn)行污穢清掃，有不要進(jìn)行零值檢測(cè)是維護(hù)工作量大大降低
03復(fù)合絕緣子的技術(shù)數(shù)據(jù)
我國(guó)的合成絕緣子的主要有我前面介紹的4個(gè)系列組成，下面我來(lái)介紹一下四個(gè)系列的合成絕緣子：
3.1HXS系列
此系列主要有華北電力集團(tuán)公司保定修造廠生產(chǎn)，H X S 2--110/70(100)的型號(hào)的含義：
H—表示合成絕緣子，
X--表示懸式，
S—表示實(shí)心(棒形)
2—表示設(shè)計(jì)序號(hào)
110—表示額定電壓等級(jí)，
70—表示額定機(jī)械負(fù)荷(kN)
其總泄露距離為242cm，結(jié)構(gòu)：為大小傘結(jié)構(gòu)
其他型號(hào)的H X S 2--220/160(100)泄露距離為484cm，結(jié)構(gòu)：為大小傘結(jié)構(gòu)。H X S 2--500/160(180)泄露距離為1100cm，結(jié)構(gòu)：為大小傘結(jié)構(gòu)。
3.2FXBW系列
該系列主要有溫州國(guó)工實(shí)業(yè)和廣州、襄樊生產(chǎn)。FXB W 3-110/70的型號(hào)的含義：
FXB—表示棒形懸式復(fù)合絕緣子;
W—表示大小傘(等徑不表示);
3--表示設(shè)計(jì)序號(hào) ，1、2指爬電比距為20mm/kv，3、4表示爬電比距為25mm/kv。
3.3XSH系列
該系列主要有湖北襄樊生產(chǎn)。XSH—70/110B的型號(hào)的含義：
XSH—表示懸式實(shí)心合成絕緣子系列;
70—表示額定機(jī)械負(fù)荷(kN);
110—表示額定電壓(KV);
B—表示結(jié)構(gòu)型式。
3.4FXB系列
這主要有遼寧大連、山東淄博、湖北襄樊、上海虹橋，也是咱們用的最多復(fù)合絕緣子，F(xiàn)XB—110/70的型號(hào)的含義為：
FXB—表示棒形懸式復(fù)合絕緣子;
70—表示額定機(jī)械負(fù)荷(kN);
110—表示額定電壓(KV);
這四個(gè)廠的絕緣子我區(qū)共用13416支。具體的合成絕緣子參數(shù)見(jiàn)附件的詳細(xì)列表。
04復(fù)合絕緣子的常規(guī)絕緣子的運(yùn)行維護(hù)和檢修
復(fù)合絕緣子由于重量輕、強(qiáng)度高、耐污閃性能強(qiáng)、制造維護(hù)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)而在電力系統(tǒng)中獲得廣泛的應(yīng)用，打破了瓷、玻璃絕緣子的長(zhǎng)期統(tǒng)治地位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，復(fù)合絕緣子在我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行總數(shù)約200萬(wàn)支，就使用數(shù)量而言，我國(guó)已成為僅次于美國(guó)的復(fù)合絕緣子使用第2大國(guó)。但隨著運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行數(shù)量的增加，復(fù)合絕緣子發(fā)生故障的信息也逐漸增多。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截止1998年，在華東、華北地區(qū)發(fā)生15起界面擊穿 事故，廣東、華東、華北地區(qū)發(fā)生23看起污閃事故。顯然，在改進(jìn)配方及制造工藝、提高復(fù)合絕緣子質(zhì)量的同時(shí)，有針對(duì)性地開(kāi)展運(yùn)行復(fù)合絕緣子檢測(cè)技術(shù)的研究對(duì)保障電網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。目前運(yùn)行中處長(zhǎng)全絕緣子的檢測(cè)技術(shù)主要有：
4.1直接觀測(cè)法
目前對(duì)于復(fù)合絕緣子外部物理缺陷最為常用的方法是直接觀測(cè)法，即用雙筒望遠(yuǎn)鏡在塔下觀察以發(fā)現(xiàn)常見(jiàn)的表面缺陷如護(hù)套、傘裙、金具等部位有無(wú)開(kāi)裂、電蝕損、粉化、漏電痕跡等，如有以上現(xiàn)象應(yīng)立即更換絕緣了。但地面觀察不夠可靠，還需登塔檢測(cè)而且難以發(fā)現(xiàn)內(nèi)絕緣故障如樹(shù)技狀通道等。
具體觀測(cè)內(nèi)容為：
1)觀察在雨霧露等氣象條件下合成絕緣子表面局部放電的情況
2)端部金具連接部位有否出現(xiàn)明顯的滑移和附件電蝕情況。
4.2紫外成像法
微小但穩(wěn)定的表面局部放電會(huì)導(dǎo)致復(fù)合絕緣子傘裙和護(hù)套形成碳化通道或電蝕損。當(dāng)絕緣子表面形成碳化通道時(shí)，其使用壽命會(huì)大大降低，甚至在短期內(nèi)被擊穿。利用電子紫外光學(xué)控傷儀可以帶電檢測(cè)復(fù)合絕緣子表面由于局部放電而形成的碳化通道和電蝕損，其原理是：局部放電過(guò)程中帶電粒子復(fù)合會(huì)放出紫外線，當(dāng)絕緣子表面形成導(dǎo)電性碳化通道時(shí)，局部放電加劇。該方法的不足之處是要求在夜間、正溫度環(huán)境下操作;另外要求檢測(cè)時(shí)正在發(fā)生局部放電，這要求檢測(cè)應(yīng)在高濕度甚至有降雨的環(huán)境中進(jìn)行。但檢測(cè)結(jié)果容易受到觀察度的影響，檢測(cè)設(shè)備也較昂貴。
這種檢測(cè)的方法我只在合成絕緣子技術(shù)交流會(huì)中，聽(tīng)四川成都合成絕緣子研究所介紹，了但沒(méi)有用過(guò)，需要進(jìn)一步了解
4.3紫外成像法
紅外成像法可以檢測(cè)局部放電、泄漏電流流過(guò)絕緣物質(zhì)時(shí)的介電損耗或電阻損耗等引起的緣子局部溫度升高，可以用于線檢測(cè)。廣電集團(tuán)佛山供電分公司對(duì)大量運(yùn)行復(fù)合絕緣子進(jìn)行了紅外熱像測(cè)溫普查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：凡有明顯局部過(guò)熱點(diǎn)的絕緣子，其過(guò)熱點(diǎn)至絕緣子高壓端硅橡膠表面均顯著發(fā)黑、粉化、變脆、憎水性基本喪失，有的出現(xiàn)許多細(xì)小裂紋甚至出現(xiàn)嚴(yán)重破損;發(fā)熱點(diǎn)至高壓端不能承受工頻耐壓試驗(yàn)或陡波沖擊試驗(yàn)，可知發(fā)熱點(diǎn)為內(nèi)絕緣價(jià)面局部放電進(jìn)展的位置。儀器造價(jià)高且測(cè)量易受陽(yáng)光、大風(fēng)、潮氣、環(huán)境溫度及一些能引起絕緣子表面溫度急劇變化因素的影響是紅外成像法的不足之處。也影響了其應(yīng)用。
我工區(qū)也有一部紅外線熱像儀，我也用過(guò)對(duì)合成絕緣子進(jìn)行進(jìn)行檢測(cè)，但效果不理想。
4.4超聲波法
清華大學(xué)研究了用超聲波來(lái)檢測(cè)復(fù)合絕緣子芯棒裂紋。超聲檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)是基于超聲波在從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)的傳播過(guò)程中會(huì)在兩介質(zhì)的交界面發(fā)生反射、折射和模式變變換的原理，超聲波發(fā)生器發(fā)射始脈沖進(jìn)入絕緣子介質(zhì)，當(dāng)絕緣子中的缺陷波的大小和位置即可判斷絕緣子中的缺陷情況。用超聲波檢測(cè)復(fù)合絕緣子機(jī)械缺陷時(shí)具有操作簡(jiǎn)單、安全可靠、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但由于其存在耦合、衰減及超聲換能器性能問(wèn)題，在遠(yuǎn)距離遙測(cè)上目前尚未有重大突破，不適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，而主要用于企業(yè)生產(chǎn)在線檢測(cè)以及實(shí)驗(yàn)室鑒定。
4.5電場(chǎng)分布法
復(fù)合絕緣子存在著多種界面，目前認(rèn)為因復(fù)合絕緣子金屬端頭處密封不良，潮氣進(jìn)入內(nèi)部導(dǎo)致沿著芯棒與護(hù)套的界面或芯棒內(nèi)部缺陷發(fā)展的電致碳痕是復(fù)合絕緣子最容易發(fā)生也是最危險(xiǎn)的故障。陡波試驗(yàn)可以檢測(cè)復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣缺陷，但該方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)。
電場(chǎng)分布法可在線檢測(cè)復(fù)合絕緣子的內(nèi)絕緣缺陷，且該方法所用儀器較為簡(jiǎn)單，對(duì)天氣等外界環(huán)境要求甚低。運(yùn)行中的復(fù)合絕緣子，正常狀態(tài)下電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)沿絕緣了軸向的變化曲線是光滑的。當(dāng)絕緣子存在導(dǎo)通性缺陷時(shí)，該處電位變?yōu)橐怀?shù)，故其電場(chǎng)強(qiáng)度將突然降低，電場(chǎng)分布曲線也不再光滑，而是在相應(yīng)的位置上有畸變，中間下陷，兩端上升。因此測(cè)量復(fù)合絕緣子串的軸向電場(chǎng)分布可找出絕緣子的內(nèi)絕緣導(dǎo)通性故障。
我工區(qū)在04年購(gòu)進(jìn)一部DL-1合成絕緣子帶電檢測(cè)儀，該儀器用于帶電檢測(cè)110kV及以上各電壓等級(jí)輸電線路上合成絕緣子的絕緣狀況，能夠識(shí)別合成絕緣子的內(nèi)絕緣導(dǎo)通性缺陷。
4.5.1、儀器介紹
儀器由電場(chǎng)測(cè)量探頭、托架和連接柄組成。電場(chǎng)測(cè)量探頭是一個(gè)長(zhǎng)方形金屬盒，內(nèi)裝電路，用來(lái)測(cè)量并存儲(chǔ)電場(chǎng)數(shù)據(jù)。托架用絕緣材料制成，用以安放電場(chǎng)探頭和連接柄。連接柄為金屬件，用螺釘固定在托架的中部，用以連接帶電操作絕緣桿。詳見(jiàn)圖1。
電場(chǎng)測(cè)量探頭正面有電源開(kāi)關(guān)、紅色電源指示燈、按鈕、綠色操作指示燈和串行通信接口。背面有光電管光路窗口。詳見(jiàn)圖1。
圖1 檢測(cè)儀構(gòu)成
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)實(shí)況參見(jiàn)圖3。
圖3 檢測(cè)儀應(yīng)用示例
4.5.2、缺陷判別方法
1)良好合成絕緣子周圍的電場(chǎng)沿絕緣子軸向呈光滑的“U”形分布。距接地側(cè)約1/4處場(chǎng)強(qiáng)最小，向地側(cè)稍有增大，向?qū)Ь€側(cè)快速增大。參見(jiàn)圖4。
2)導(dǎo)線側(cè)有導(dǎo)通性缺陷的合成絕緣子的電場(chǎng)分部在缺陷部位突然下降。曲線極大值對(duì)應(yīng)缺陷的端部(此處場(chǎng)強(qiáng)較強(qiáng))。參見(jiàn)圖5
圖5導(dǎo)線側(cè)有導(dǎo)通性缺陷的合成絕緣子的電場(chǎng)分布曲線
3)中部有導(dǎo)通性缺陷的合成絕緣子的電場(chǎng)分部在缺陷部位突然波動(dòng)。
波動(dòng)處極小值對(duì)應(yīng)缺陷的中部(此處場(chǎng)強(qiáng)較弱)。參見(jiàn)圖6
圖6中部有導(dǎo)通性缺陷的合成絕緣子的電場(chǎng)分布曲線
4.5.3憎水性檢測(cè)方法
目前，適用于現(xiàn)場(chǎng)的憎水性測(cè)量方法主要是瑞典輸電研究所提出的噴水分級(jí)法。該方法將復(fù)合絕緣子表面的憎水性分為7級(jí)并給出分級(jí)判據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)圖片，HC-1級(jí)和HC-7級(jí)分別對(duì)應(yīng)憎水性最強(qiáng)和最差(即完全親水)的狀態(tài)。試驗(yàn)中，用普通噴壺對(duì)試品表面噴灑水霧，觀察水分在試品表面的分布情況，對(duì)比分級(jí)判據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)圖片，得出絕緣子表面的憎水性狀況。
噴水分級(jí)法的缺陷是對(duì)人的主面判斷依賴性較大。近年來(lái)，數(shù)碼攝像技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展為人們更為客觀和精確地評(píng)價(jià)復(fù)合絕緣子表面的憎水性提供了一條新的道路。瑞典的研究人員對(duì)人工模擬老化的復(fù)合絕緣子試樣通過(guò)噴水分級(jí)法測(cè)量憎水性等級(jí)，同時(shí)拍攝噴水 后絕緣了表面的數(shù)字灰度圖像。利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)從大量數(shù)字灰度圖像中提取出一個(gè)函數(shù)值和HC等級(jí)呈現(xiàn)單調(diào)關(guān)系的數(shù)學(xué)函數(shù)(命名為憎水性指示函數(shù))。從而通過(guò)憎水性指示函數(shù)來(lái)得出絕緣子的憎水性等級(jí)。這也是當(dāng)今絕緣子領(lǐng)域正在進(jìn)行的研究項(xiàng)目，聽(tīng)說(shuō)已經(jīng)取得了階段的成果。
具體憎水性分級(jí)見(jiàn)圖：
具體操作方法：
噴壺的噴嘴據(jù)試品25cm，約每秒種噴水一次，共噴水25次，噴射方向盡量垂直于試品表面，憎水性分級(jí)值(HC)應(yīng)在噴水結(jié)速后30秒內(nèi)測(cè)量。由于憎水性指示函數(shù)公式尚未出來(lái)，現(xiàn)階段主要由表面水滴狀態(tài)描述來(lái)定HC值，它的標(biāo)準(zhǔn)是：
HC1：只有分離的水珠
HC2：只有分離的水珠，只是水珠較大
HC3：只有分離的水珠，水珠較大，水珠不再是圓的
HC4：同時(shí)存在的水珠與水帶。完全濕潤(rùn)的水帶面積小于2cm2總面積小于被測(cè)區(qū)域的90%。
HC5：完全濕潤(rùn)面積大于2cm2總面積小于被測(cè)區(qū)域面積的90%
HC6：完全濕潤(rùn)面積大于被測(cè)區(qū)域面積的90%，仍存少量的干燥區(qū)域
HC7：整個(gè)被測(cè)區(qū)域形成連續(xù)的水膜
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HC級(jí) |
檢驗(yàn)周期 |
判定準(zhǔn)則 |
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HC1-HC2 |
3-5年 |
繼續(xù)運(yùn)行 |
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HC3-HC4 |
2-3年 |
繼續(xù)運(yùn)行 |
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HC5 |
1年 |
繼續(xù)運(yùn)行,跟蹤監(jiān)測(cè) |
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HC6 |
/ |
退出運(yùn)行 |
4.5.4泄漏電流測(cè)量法
泄漏電流測(cè)量法是利用泄漏電流沿面形成的原理，在絕緣子接地側(cè)通過(guò)引流卡或電流傳 感器，在線實(shí)時(shí)測(cè)量泄漏電流，利用信號(hào)處理單元計(jì)算出一段時(shí)間內(nèi)泄漏電流的各種統(tǒng)計(jì)值(如峰值平均值、峰值最大值或大電流脈沖數(shù))，通過(guò)無(wú)線傳輸與有線傳輸相結(jié)合，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)總站，運(yùn)用專家知識(shí)和自學(xué)習(xí)算法對(duì)上述三種知識(shí)進(jìn)行綜合分析，對(duì)絕緣子的積污狀況作出評(píng)估和預(yù)測(cè)，并為實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修提供科學(xué)依據(jù)。
對(duì)于復(fù)合絕緣子，由于其特有的憎水性及憎水遷移性，使得絕緣子受潮時(shí)，在任何一個(gè)瞬間能夠參與導(dǎo)電的只是全部污穢中已經(jīng)溶解而未流失的那部分，稱為“有效污穢”。因此，復(fù)合絕緣子的沿面泄漏電流與有效污穢度有關(guān)，同時(shí)與憎水性也有關(guān)系。另外，絕緣子的泄漏電流與電壓等級(jí)、絕緣子型號(hào)、絕緣子片數(shù)、環(huán)境溫度、濕度等因素也有關(guān)系。該方法的研究和應(yīng)用目前尚存在較大的爭(zhēng)議。我區(qū)在99年也用過(guò)，沒(méi)有成功現(xiàn)在已經(jīng)退出運(yùn)行。
05結(jié)論
復(fù)合絕緣子運(yùn)行中檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)在主要的應(yīng)用就是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)電場(chǎng)分布法和憎水性檢測(cè)法就能基本保證復(fù)合絕緣子掛網(wǎng)的安全，在配合復(fù)合絕緣子的機(jī)械和電氣性能的抽檢，就能達(dá)到復(fù)合絕緣子的安全運(yùn)行。
復(fù)合絕緣子以其優(yōu)良的特性，以積快的速度普及絕緣領(lǐng)域，但隨著普及不斷研究其運(yùn)行和檢修監(jiān)管手段，是當(dāng)今迫切的要求。電網(wǎng)需要一個(gè)各方面性能好，運(yùn)行維護(hù)手段簡(jiǎn)便的絕緣子，復(fù)合絕緣子充當(dāng)著這個(gè)角色。
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