有機(jī)復(fù)合絕緣子人工污穢試驗(yàn)研究

【摘要】通過研究分析污穢絕緣子的閃絡(luò)機(jī)理、閃絡(luò)特性，得到有價值的理論和經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用于工程實(shí)際中。

【關(guān)鍵詞】人工污穢；閃絡(luò)；憎水性；遷移；鹽密；灰密

隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提高和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，污穢問題已經(jīng)成為決定超特高壓輸電線路絕緣水平、抑制電力系統(tǒng)發(fā)展的重要因素之一，污穢條件下的電氣絕緣問題也日益突出。在污閃、濕閃、冰閃、雷閃、操作閃絡(luò)等幾種閃絡(luò)中對電力系統(tǒng)危害最大的是污閃，污閃的損失是雷害的近10倍。同時，隨著我國交流特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，污穢問題的解決將更為重要。

1.復(fù)合絕緣子污閃特性及機(jī)理

1995年，Minesh Shah等研究了復(fù)合絕緣子的閃絡(luò)機(jī)理提出，復(fù)合絕緣子污閃過程分為以下幾個階段，即污穢的積聚、低分子鏈的擴(kuò)散、表面濕潤、電阻加熱、電場對水珠的影響、輝光放電、憎水性的喪失，最后導(dǎo)致閃絡(luò)。與瓷絕緣子的放電特性不同的是，在硅橡膠絕緣子表面上，將在同一時間不同污穢帶上同時出現(xiàn)幾條獨(dú)立的電弧。

當(dāng)輝光放電發(fā)生時，絲狀干燥帶擴(kuò)大并橋接了電極之間的空氣間隙而導(dǎo)致閃絡(luò)的發(fā)生。在平衡條件下，系統(tǒng)電壓應(yīng)是電弧電壓和絲狀干燥帶電壓降之和，在這種情況下，電弧壓降與絲狀干燥帶壓降相等。絲狀干燥帶尺寸的變化將導(dǎo)致其電阻的改變，輝光放電將導(dǎo)致憎水性的喪失、絲狀干燥帶尺寸的增大將減少絲狀干燥帶電阻。表面電阻的減小又將使電流增加，電流的增加會減少電弧電壓，電弧將沿著絲狀干燥帶向前發(fā)展直至閃絡(luò)。

因而認(rèn)為發(fā)生閃絡(luò)的必要條件是：電弧電場小于絲狀干燥帶電場。也就是絲狀干燥帶的電壓降高于電弧的壓降。

2.復(fù)合絕緣子憎水性及其遷移機(jī)理

現(xiàn)今所用的復(fù)合絕緣子通常是高溫硫化硅橡膠復(fù)合絕緣子其外絕緣由分子量為45～70萬的聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane）， PDMS組成。PDMS分子組成中決定其宏觀性能的四個主要特征為：甲基基團(tuán)之間小分子作用力，硅氧主鏈的柔順性、硅氧鍵的高鍵能、硅氧主鏈的局部離子特性。圍繞硅氧主鏈緊密排列的非極性甲基基團(tuán)向表面取向，屏蔽了Si-O鍵的強(qiáng)極性作用使得硅橡膠表現(xiàn)出優(yōu)異的憎水性。另外硅橡膠中一般都不同程度的含有未交鏈的低分子量硅氧烷鏈段，它的存在對復(fù)合絕緣子憎水性的遷移與恢復(fù)有重要的影響。

關(guān)于憎水性遷移的機(jī)理國內(nèi)外目前的主要觀點(diǎn)有：

a） 硅橡膠分子末端頭的伸長游離效應(yīng)浸潤污穢物使污穢層外表面出現(xiàn)憎水性；

b） 硅橡膠表面上卷曲較長的硅氧烷鏈段受污穢物作用浸潤污穢物使其出現(xiàn)憎水性；

c） 硅橡膠內(nèi)尚未被交鏈的低分子移動使其污穢物表面出現(xiàn)憎水性。

d）清華大學(xué)提出了聚合物遷移論。認(rèn)為常溫下硅橡膠處于高彈態(tài)，分子運(yùn)動程度較一般高分子高彈態(tài)物質(zhì)的分子運(yùn)動程度要強(qiáng)烈得多，而且內(nèi)聚密度低，使其沉積于其表面的污穢和塵埃容易吸收于硅橡膠中，以及硅橡膠的分子鏈段凸起包圍了污穢物，使其具有了憎水性；另外也有可能是因?yàn)橛幸恍]有交聯(lián)的游離聚合物的分子運(yùn)動遷移到污層表面，使污層具有了憎水性。

3.污穢閃絡(luò)特性與鹽密、灰密的關(guān)系

1994年，梁曦東等提出復(fù)合絕緣子有效污穢沉積密度的概念，由于染污絕緣子濕潤時只有部分鹽溶于水參與導(dǎo)電，因而其有效污穢沉積密度（Effective Contaminant Deposite Density 簡稱（ECDD）低于常規(guī)表面的鹽沉積密度（ESDD）的值，硅橡膠復(fù)合絕緣子因?yàn)槠湓魉远袃?yōu)異于其它有機(jī)復(fù)合絕緣子的防污閃性能，憎水性遷移是硅橡膠復(fù)合絕緣子保持長期優(yōu)異污閃特性的決定性因素。最近的研究表明，憎水性遷移不僅使污穢層獲得了憎水性，同時也使染污絕緣子的ECDD下降，這也是復(fù)合絕緣子具有良好防污閃能力的又一個重要原因。

2002年，重慶大學(xué)進(jìn)行了復(fù)合絕緣子憎水性遷移特性與鹽密和灰密的關(guān)系研究，研究發(fā)現(xiàn)：隨著時間的增長，硅橡膠材料的憎水性逐漸遷移至污層表面，原本親水性的污穢物質(zhì)逐漸獲得了不同程度的憎水性，直至飽和，不同的遷移時間對應(yīng)了不同的憎水性狀態(tài)。

表3.1鹽密對復(fù)合絕緣子憎水性遷移的影響（室溫23oC灰密 1.0mg/cm2）

由表3.1可知：隨著ESDD的增加，在相同的遷移時間內(nèi)，污層表面的憎水性減弱，最終所達(dá)到的憎水性等級也有所下降，但是所測量的不同等值附鹽密度的復(fù)合絕緣子在五天后其表面污層均具有較良好的憎水性。

表3.2灰密對復(fù)合絕緣子憎水性遷移特性的影響 （室溫23oC鹽密 0.1mg/cm2）

由表3.2可以看出：當(dāng)灰密小于2.0mg/cm2時，隨著灰密的增大，遷移的時間有所增加，但是遷移性受灰密的影響很小。當(dāng)灰密為3.0mg/cm2時，遷移所需的時間明顯增大。

絕緣子污閃究其根本原因是污穢使絕緣子發(fā)生沿面電場分布的畸變，而在而在改善復(fù)合絕緣子沿面電場分布時，目前方法比較單一，大多采用安裝均壓裝置。但即使安裝了均壓裝置，如果均壓裝置管、環(huán)直徑尺寸過小或結(jié)構(gòu)不合理，也起不到均壓作用，反而會將最大場強(qiáng)轉(zhuǎn)移到端部傘套處，使其長期受到高場強(qiáng)作用，成為長期局部放電區(qū)，產(chǎn)生電蝕損，最終導(dǎo)致部分或整體絕緣擊穿，致使絕緣子掉串。

參考文獻(xiàn)

[1]梁曦東等.復(fù)合絕緣子人工污穢試驗(yàn)方法比較.高電壓技術(shù)，2003年05期

[2]蔣興良等.鹽密和灰密對110kV復(fù)合絕緣子閃絡(luò)電壓的影響.中國電機(jī)工程學(xué)報，2006年5月第26卷第9期

作者簡介

賈中偉，男（1977-7-），大專，研究方向：高壓輸電線路用硅橡膠制有機(jī)復(fù)合絕緣子。