環(huán)氧硬質復合絕緣子的應用研究

何昌林 楊俊生

（1.武漢南瑞電力工程技術裝備有限公司，湖北武漢430070；2.襄陽國網(wǎng)合成絕緣子有限責任公司，湖北襄陽441000）

0 引言

復合絕緣子作為防污閃的主要設施在我國輸電線路中得到了廣泛應用，其使用量在逐年增加。隨著特高壓的飛速發(fā)展，復合絕緣子因其重量輕、機械強度高、耐污性能好等特點，在部分特高壓交流和直流線路上使用率高達70%以上。然而，在輸電線路的檢修和運行工作中多次發(fā)現(xiàn)了復合絕緣子被鳥啄傷的情況[1]。鳥啄復合絕緣子使端部芯棒大面積暴露，導致端部密封破壞，在雨天、霧天等濕度高的環(huán)境條件下，暴露的芯棒與受潮的護套界面間易產(chǎn)生局部電弧放電，使芯棒產(chǎn)生電化學反應，若不及時發(fā)現(xiàn)和處理，將會發(fā)生脆斷惡性事故，嚴重危害輸電線路的安全運行[2]。

目前，硅橡膠復合絕緣子掛網(wǎng)數(shù)量占絕緣子總量的1/3以上，鳥啄事故和強風損傷事故時有發(fā)生，而防鳥啄的措施主要有調整硅橡膠配方組成、改變硅橡膠顏色、添加對鳥類有刺激性的氣味填料、加裝驅鳥設施等，但上述手段均只能在短期內防止鳥啄現(xiàn)象，并不能從根本上杜絕鳥啄現(xiàn)象。隨著材料科學技術的進步，一種環(huán)氧硬質復合絕緣子的研制成功，擬從根本上解決復合絕緣子被鳥類啄傷的問題。

1 絕緣材料

綜合國內外絕緣子市場，從外絕緣材料方面，主要分為瓷、玻璃和復合絕緣子這三種，這些絕緣子在運行中均存在一定缺陷。瓷和玻璃絕緣子以其較高的硬度、機械強度和優(yōu)異的耐紫外線性能在輸電線路上得到了大規(guī)模應用，但其防污閃性能差，在很多環(huán)境下應用并不適合，也為線路清掃維護增加了諸多成本。此外，瓷和玻璃絕緣子掛網(wǎng)初期穩(wěn)定性不足也是電網(wǎng)較為關注的問題。而復合絕緣子以其優(yōu)異的防污閃性能和抗拉性能應用較為廣泛。但是由于硅橡膠傘裙材料本身的特點，即機械扯斷強度在3～4 MPa之間，邵氏硬度在40～70之間，因此在個別地區(qū)輸電線路運行中存在絕緣子被鳥啄損傷、傘裙根部被強風損傷的問題，特別是不可人為踩踏限制了其在耐張部位的應用，為輸電線路的運檢維護帶來了諸多不便。

目前在戶外復合絕緣子制造中應用最為廣泛的外絕緣材料主要包括硅橡膠（SIR）、三元乙丙橡膠（EPDM）、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂（CEP）以及疏水脂環(huán)族環(huán)氧樹脂（HCEP）等幾大類。通過對這些材料在成本、操作靈活性以及性能等方面進行對比，發(fā)現(xiàn)硅橡膠和疏水脂環(huán)族環(huán)氧樹脂兩類材料具有優(yōu)異的綜合性能[3]。

CEP以其優(yōu)異的機械性能作為高壓戶外復合絕緣子材料已經(jīng)有30多年的歷史，但是其疏水性卻無法與有機硅樹脂相比。而HCEP材料在通用型CEP材料中加入了具有特殊流變性能的添加劑，具有優(yōu)良的憎水性能，對于硅藻土具有很好的憎水遷移性，同時也具有比普通硅橡膠材料更加出色的耐漏電起痕和電蝕損性能。此外，HCEP材料復合絕緣子具有出色的耐污閃特性，污閃電壓梯度與普通硅橡膠復合絕緣子、涂覆RTV涂料的絕緣子相當，并且比硅橡膠復合絕緣子易清洗[4]。

自20世紀70年代以來，戶外用脂環(huán)族環(huán)氧樹脂復合絕緣子在全球已投運了700多萬只，其中少數(shù)用于電力機車車頂，且投運時間較短[5]。目前，國外已有實際運行數(shù)據(jù)，而國內相對較少，因此，開展此項應用研究有著深遠的意義。

2 環(huán)氧復合絕緣子成型工藝

環(huán)氧復合絕緣子的結構形式與硅橡膠復合絕緣子的結構基本一致，但成型工藝與其有明顯差異。該產(chǎn)品適宜采用環(huán)氧自動壓力凝膠（APG）技術成型，其APG工藝流程如圖1所示。

圖1 環(huán)氧復合絕緣子APG工藝流程圖

環(huán)氧傘裙材料相比硅橡膠具有較大脆性，對材料內部氣孔的控制要求較高，因此原材料需要進行較長時間的預處理，包括真空攪拌、填料改性以及相關的助劑添加。其次，需要制定成型溫度。成型溫度過高，來不及充模完全澆注料便會在局部發(fā)生凝膠固化，出現(xiàn)分層固化甚至制品局部缺膠。此外，某些環(huán)氧樹脂在高溫下還會出現(xiàn)自交聯(lián)，固化物性能明顯降低，嚴重影響制品質量。若成型溫度過低，澆注料充模完全便會出現(xiàn)溢膠口溢膠現(xiàn)象，長時間仍未凝膠，填料分布不均勻化增大，制品質量難以保證，且浪費原材料。更重要的是制作周期變長，影響產(chǎn)品生產(chǎn)效率，且制品脫模時固化度仍不足，容易造成脫模損傷。然后，需要控制成型壓力。成型壓力過大，易出現(xiàn)局部填充不完全的缺陷。成型壓力過小，則易出現(xiàn)固化分層的現(xiàn)象，嚴重的會導致局部固化過快影響膠體正常流動，不利于生產(chǎn)效率的提高[6]。環(huán)氧復合絕緣子的成品如圖2所示。

圖2 環(huán)氧復合絕緣子成品

環(huán)氧復合絕緣子的芯棒和金具的連接方式與目前硅橡膠復合絕緣子一致，可有效保證復合絕緣子的機械性能，且通用性強。由于環(huán)氧樹脂屬脆性材料，其與兩端金屬包裹處需要考慮環(huán)氧和金屬的配合問題，需要進行重新設計。環(huán)氧復合絕緣子端部結構設計上與硅橡膠復合絕緣子不同，采用包裹式密封設計，如圖3所示。

圖3 重新設計的環(huán)氧復合絕緣子端部結構

3 產(chǎn)品性能

按照國家及行業(yè)標準對脂環(huán)族環(huán)氧材料的電氣性能和機械物理性能進行測試，并與硅橡膠材料進行了對比，如表1所示。從結果可以看出，環(huán)氧材料的硬度和拉伸強度相比硅橡膠材料提高很多，而斷裂伸長率下降很多，因此，在設計之初要考慮到環(huán)氧傘裙的尺寸，以防因外力導致的變形而受損。另外，環(huán)氧材料擊穿強度和耐漏電起痕性能均能和硅橡膠材料媲美，具有優(yōu)異的電氣性能。

4 結語

針對目前架空輸電線路中硅橡膠復合絕緣子存在被鳥啄傷、強風損傷的問題，研制出了一種憎水性能優(yōu)異、傘裙可踩踏的復合絕緣子，各項材料性能均達到標準要求。

表1 材料性能對比

盡管脂環(huán)族環(huán)氧硬質懸式復合絕緣子擁有機械性能強、抗?jié)裎坌Ч?、強度高、易運輸?shù)葍?yōu)勢，但仍存在價格高、外力撞擊或搬運出現(xiàn)損傷而導致絕緣性下降等不足，這些不足也是限制脂環(huán)族環(huán)氧硬質懸式復合絕緣子應用的主要原因。隨著人們對于脂環(huán)族環(huán)氧硬質懸式復合絕緣子的研究與應用不斷深入，勢必會找到更好的材料及技術改善這些弱點。

[1]梁旭明，蒲春雨，尋凱，等.500 kV線路復合絕緣子鳥啄情況調查及原因分析[J].電網(wǎng)技術，2005，29（22）：19-23.

[2]孫竹森，李震宇，張建斌，等.1 000 kV特高壓交流輸電線路復合絕緣子鳥害原因分析及對策[J].電網(wǎng)技術，2009，33（10）：52-54.

[3]張秀敏，張曉東.高壓戶外復合絕緣子外絕緣材料的研究與應用進展[J].絕緣材料，2006，39（1）：46-51.

[4]張子龍，及榮軍，保承家，等.脂環(huán)族環(huán)氧復合絕緣子材料的機械性能及電氣性能研究[J].甘肅科技縱橫，2017，46（4）：10-13.

[5]劉學忠，周升，朱永占，等.車頂環(huán)氧復合絕緣子的外絕緣特性研究[J].電力機車與城軌車輛，2006，29（6）：11-14.

[6]申巍，尹立，李飛，等.環(huán)氧復合絕緣子APG制造工藝分析[J].工程塑料應用，2017，45（10）：57-62.