本文选取一批内蒙古电网运行复合绝缘子,开展外观、电气、机械及材料性能试验检测,分析复合绝缘子运行老化性能,并提出运维建议。
为避免各项试验之间相互影响,按照先非破坏性试验后破坏性试验、同支绝缘子不开展互相干扰试验的原则进行。非破坏性试验逐支进行,破坏性试验每批次抽取1—3支。
主要检查端部金属附件脏污、锈蚀情况,伞裙护套脏污、硬化、粉化、破损、烧灼等情况,伞裙与芯棒黏接密封情况。
试样水煮后,将电极固定在试样伞裙间的护套上。试验分段进行,在每支产品两端和中间的1m范围内,取16cm施加Upk/L≥30kV/cm、Upk≥480kV的冲击电压,冲击次数为正负极性各25次。每次冲击是电极间外部闪络,不产生击穿。
用金刚石锯片将芯棒沿与轴线成90°的方向切下6支试样,并进行标记。每支试样长度为30mm±0.5mm。试验前将试样放置于装有质量浓度为0.1g/mlNaCl去离子水的玻璃容器内,加热使溶液沸腾并持续100h。水煮结束后,从容器中取出试样,进行耐压试验。试验电压从0按1kV/s速率升到12kV,在此电压下维持1min,并记录泄漏电流值。
在绝缘子中间部位剥除至少150mm的伞套以露出芯棒,芯棒裸露部分安装一个盛酸容器,容器壁厚≥1cm,高度≥4cm,蒸发量<5%,施加67%额定机械负荷(SML)的拉伸负荷,耐受96h。
用清洁剂将表面预清理干净,在清洁的表面用渗透剂(质量浓度为0.01g/ml的品红溶液)作用20min,除去多余渗透剂,使表面清洁干燥,喷涂显影剂检查表面是否有裂纹;清洗端部附件与绝缘子伞套间界面,将清洗后的试验部位外表面的伞裙割去,观察是否有染色剂渗透。
解剖样品绝缘子的伞裙和护套,检查护套和芯棒黏接情况。
先将机械负荷快速平稳升高至70%SML,然后在30~90s将机械负荷升高至100%SML,保持1min。额定机械负荷试验通过后,继续升高机械负荷直至样品绝缘子被拉断。
对26支样品绝缘子护套厚度进行检查,均满足标准要求。但需要注意的是,如皋电力设备厂2002年生产的复合绝缘子护套厚度仅满足标准最低要求,远低于同时期其他厂家产品。
按照DL/T1474—2015《标称电压高于1000V交、直流系统用复合绝缘子憎水性测量方法》要求,对运行复合绝缘子保留伞裙表面的污秽层,采用HC法测量其憎水性。为了对比分析接触角法对运行复合绝缘子憎水性的适用性,在HC2—HC5等级中各选取3支复合绝缘子,利用静态接触角法测量其憎水性。结果表明仅1支HC4等级绝缘子不满足DL/T376—2019《聚合物绝缘子伞裙和护套用绝缘材料通用技术条件》对绝缘子硅橡胶表面的憎水性要求(平均接触角≥100°、最小接触角≥90°)。静态接触角测试结果与喷水分级法憎水性判定结果不一致,反映出静态接触角法用于运行积污绝缘子伞裙憎水性评价具有一定的局限性,不能仅依靠静态接触角法判定运行复合绝缘子伞裙的憎水性能。
对13支样品开展试验,全部通过。
对26支样品开展水煮后陡波前冲击耐受电压试验,每次冲击只引起电极间的外部闪络,未产生内部击穿现象,所有样品均通过试验。
对13支样品开展试验,4支发生击穿,2支泄漏电流超过0.1mA,试验合格率为54%。
对9支样品开展试验,1支样品在96h内出现断裂现象,试验合格率为89%。
对比HC4样品伞裙表层、内部红外光谱发现,各主要官能团的吸收峰差别较大,表层1009cm-1处Si-O-Si吸收峰明显减弱,说明伞裙表层硅橡胶的主链大量断裂,2960cm-1、1259cm-1和788cm-1处的-CH3吸收峰明显减弱,说明硅橡胶的侧链也损失较多。HC2等级样品伞裙表层、内部红外光谱对比发现,各主要官能团的吸收峰具有一定差别,表层1009cm-1处Si-O-Si吸收峰减弱,说明伞裙表层硅橡胶的主链部分断裂,788cm-1处的-CH3吸收峰减弱,说明硅橡胶的侧链存在部分损失。
从红外光谱分析结果看,HC2等级样品比HC4等级样品表层老化程度低,与憎水性测试结果一致,说明红外光谱分析可用于硅橡胶材料老化程度分析。
选取内蒙古地区运行复合绝缘子,开展外观、电气、机械及材料性能检测,综合各项检测结果,得出内蒙古电网复合绝缘子运行老化性能及运维建议如下。
(1)交流耐压试验、陡波前冲击耐受电压试验、机械破坏负荷试验合格率达到100%,说明复合绝缘子界面、机械性能管控良好,长期运行性能仍满足标准要求,表明早期应用复合绝缘子出现的机械强度下降等问题已经基本解决。
(2)憎水性试验、带护套芯棒水扩散试验、护套粘接强度试验合格率较低,反映这3项试验对运行复合绝缘子老化特征较为灵敏,建议将上述试验项目用于网内运行复合绝缘子抽检。
(3)喷水分级法用于运行复合绝缘子憎水性测试效果较好,静态接触角法憎水性测试结果与喷水分级法不一致,静态接触角法应用于运行复合绝缘子憎水性判定的适用性需进一步研究。
(4)老化复合绝缘子主要表现为伞裙硬化、粉化、破损、憎水性下降,但采用电气、机械试验等方法对复合绝缘子老化性能进行检测,通常在其性能发生较为明显的劣化后才能显示区别。而复合绝缘子老化是逐渐发展的,试验结果表明,热重分析、红外光谱分析等方法判定绝缘子伞裙早期老化程度效果良好。材料老化程度对复合绝缘子长期运行的影响仍需进一步研究。