运行中的复合绝缘子的憎水性及迁移特性研究

雷良胜(湖南省电网建设公司，湖南 衡阳 421000)

1 引言

自90年代以来，复合绝缘子在电力系统得到了广泛应用，成为输电线路防止污闪事故的有效手段之一。目前，在全国电网上运行的已有300多万只，运行时间最长的已近20年。使用地区涉及工业、沿海、高山等环境恶劣地区，绝缘子总体运行情况较好，但随着运行时间增长，不同地区均出现了憎水性下降、憎水迁移特性发生变化等问题［1－4］。不同厂家、不同时期、不同工艺生产的复合绝缘子，在不同环境中的运行可靠性令人担心。本文重点研究了复合绝缘子的憎水性，对清洁区、沿海地区、城市工业污秽区内运行的复合绝缘子的憎水性进行了测试研究，分析了憎水性、污秽度与运行时间及运行环境之间的关系［5］。在总结已有的一些检测方法的基础上，规避了现有的规程中的不必要的检测程序，提出了更能灵敏反映复合绝缘子运行性能的检测方法，为确定复合绝缘子的老化状况并可靠预估其使用寿命提供参考［6－10］。硅橡胶材料除具有与瓷和玻璃介质同样优异的绝缘性能外，还具有独特的憎水性及憎水迁移性。所谓憎水性是指绝缘子表面不易受潮，吸附的水分以不连续的鼓励小水珠的形式存在，不形成连续水膜，从而限制表面泄漏电流，提高闪络电压。而憎水迁移性是指硅橡胶表面被玷污后，硅橡胶本身的憎水性可以迁移到污秽层的表面，使污秽层表面也有了憎水性。因此，硅橡胶及其表面污秽层受潮后，其表面将不会形成水膜，水分以孤立，分散的水珠形式存在，这将显著的提高外绝缘设备的防污闪能力。有了憎水性，污层电阻就比较高，从而抑制了泄漏电流，提高了污闪电压。本文从HC法及测量硅橡胶材料的静态接触角［11－14］两个方向研究广西运行复合绝缘子的憎水特性。

2 复合绝缘子憎水性评价

2.1 HC法

关于憎水性能分级方法的研究目前开展很多，本节采用目前应用最广泛的能较好反映复合绝缘子憎水性能的分级方法——由瑞典输电研究所(STRI)推荐的《复合绝缘子憎水性分类准则》，即HC法则。实验时被试品垂直悬挂，采用能产生微小雾粒的喷雾器在距离被试品表面25cm的位置上。大致每秒钟压2次对复合绝缘子表面就行喷淋，持续时间20～30s，在喷雾结束之后的10s内完成水滴接触角状况的观察、伞群表面憎水级别的判别。根据水珠在材料表面的聚集状态，分为7个憎水等级，其中HC1级代表憎水性最强的表面，HC7级代表完全亲水性的表面。一般认为HC1、HC2级别的材料具有较好的憎水性;HC3级的材料表面出现老化;HC4、HC5的材料表面已经出现比较严重的老化;HC6、HC7级的材料表面完全老化。具体的描述见表1及图1。

HC法有利于对复合绝缘子憎水性能的快速有效地进行评估，本文利用HC法对运行在不同环境、不同运行年限的复合绝缘子分别进行含污层憎水性、不含污层憎水性测试，分别选择高压侧、中部和低压侧各两片以及伞裙上下表面进行测量，表2和表3为憎水性测试结果。

表1 试品表面水滴状态与憎水性分级标准

图1 憎水性HC分级图谱

表2 某电网部分复合绝缘子含污秽下憎水性测试

从表2及表3中的憎水性测试结果可以得出:对于不同运行环境、不同运行年限的复合绝缘子，含污秽状态憎水性大部分在HC1～HC4级水平，极少数为HC5级，不含污秽时憎水性大部分在HC2～HC3级水平范围，少数为HC4级，不同运行年限的复合绝缘子憎水性有所下降，但一般保持着较好的憎水性，憎水性的下降程度与运行环境污秽特性、材料自身都有一定的关联，有些运行年限短的绝缘子憎水性反而下降严重，有些运行年限长的绝缘子仍然保持HC1～HC2级憎水性，运行年限与绝缘子憎水性没有必然的联系，含污层状态憎水性与不含污秽下憎水性基本一样，这种相似性与表面污秽种类、污秽度大小都有一定的关系。

表3 某电网部分复合绝缘子不含污秽下憎水性测试结果

2.2 静态接触角

固体表面浸润性通常用测静态接触角的方法来衡量，根据杨氏方程，接触角是平滑表面三相接触线上不同张力共同作用的结果。在这里，水滴被看作是一个表面和体相一致的数学实体。事实上，界面上和体相中水结构及活性都是不同的，它们随接触面的变化而变化，材料表面的憎水性状态是反映固体材料表面能的一种物理特性，当水滴滴在固体表面后，通常会以两种方式存在:一种是水滴会立即铺开并覆盖在固体的表面，即水滴能够湿润固体表面，称为亲水性表面;另一种是水滴在固体表面仍保持一定的水珠形态，即固体不被液体湿润，称为憎水性表面。本文使用影像分析系统结合软件技术，采用θ/2法对硅橡胶静态接触角进行测量，测量水滴大小为2μl，重力作用基本忽略，每次测量3个点，取平均值得到θ值。分别选择高压端、中部、低压端伞裙进行测量，结果见表4。

表4 取样绝缘子静态接触角测试结果

静态接触角编号 序号123平均接触角126.19 119.42 121.64 122.42中 107.58 132.91 118.75 119.75低 124.15 121.3 123.42 122.96 G7高 99.76 106.67 105.62 104.02中 90.72 85.49 89.78 88.66低 102.72 100.21 99.76 100.90 G8高 110.13 112.20 108.51 110.28中 117.02 125.48 116.06 119.52低 100.76 101.78 114.88 105.81 G10 高 97.46 99.17 86.66 94.43中 105.41 105.44 102.37 104.41低 114.65 104.74 107.16 108.85 G11 高 94.46 91.52 87.72 91.23中 105.19 111.85 104.94 107.33低 84.54 75.7 74.59 78.28 G12高 101.01 101.11 100.79 100.97中 85.87 96.73 89.61 90.74低 89.97 96.8 97.51 94.76 G13高 149.5 144.24 144.65 146.13中 146.83 149.4 145.36 147.20低 137.78 139.61 137.89 138.43 G14高 120.3 115.92 117.42 117.88中 139.98 139.62 140.02 139.87低 117.45 129.06 125.41 123.97 G15高 100.37 105.74 107.17 104.43中 108.05 105.02 107.26 106.78低 97.14 97.46 99.19 97.93 G17 高 93.12 98.44 96.76 96.11中 110.92 104.6 107.56 107.69低 111.28 125.23 117.65 118.05 G18高 135.47 136.66 139.16 137.10中 128.58 127.67 131.22 129.16低G6 高141.28 141.16 133.66 138.70

图2 取样绝缘子静态接触角测试结果

从表4及图2可以看出，各支绝缘子高压端、中部以及低压端伞裙的静态接触角都相差不大。

3 复合绝缘子憎水迁移特性研究

考虑到抽样复合绝缘子所处地区的污秽水平，本实验研究三级污秽(盐密0.15mg/cm2、灰密2mg/cm2)情况下，不同老化状态的复合绝缘子的憎水迁移性的变化，盐密灰密分别采用氯化钠与硅藻土进行涂污。接触角值为测量5个点取平均，试验在室温下进行。表5为试验结果。

表5 不同迁移时间各绝缘子的静态接触角

从表5及图3中可以看出:

(1)对于同一支绝缘子，其高压端、中部和低压端伞裙材料的迁移规律基本一致，同一迁移时间下静态接触角的测量值也相差不大;

(2)取样绝缘子伞裙材料静态接触角的测量值随着迁移时间的增加而增大，且各绝缘子迁移规律基本一致，都是在涂污后40h内迁移很快，在40～120h迁移速度相对平缓;

图3 不同迁移时间各绝缘子的静态接触角

图4 G6高压端伞裙材料憎水迁移性

(3)取样绝缘子伞裙材料在迁移4天后，均未能达到涂污前的静态接触角水平，而随着迁移时间的进一步增加，其静态接触角有可能会超过涂污前的值，说明不同运行年限的复合绝缘子的憎水迁移能力均存在不同程度的下降;

(4)对于表面有烧蚀痕迹的绝缘子(如G12)，在试验期内基本没有迁移。

图4所示为G6号绝缘子高压端伞裙材料不同迁移时间下静态接触角的测量值。

4 结论

本文主要研究了某地区抽样复合绝缘子的憎水性及其迁移特性。结果表明:

(1)不同运行环境、不同运行年限的复合绝缘子，憎水性有所下降，但都保持着较好的憎水性;

(2)运行年限与复合绝缘子憎水性之间没有必然的联系;表明憎水性的强弱，主要与运行环境有关，温度、附灰密度、污秽性质和电场强度等因素对其憎水性都有着不同程度的影响。处于清洁地区的绝缘子有着优异的憎水性;沿海附近的复合绝缘子因盐雾污染，憎水性较差;水泥厂、石灰厂、钢铁厂等建材行业附近的复合绝缘子，其表面易被粉尘覆盖，直接影响憎水性迁移。应加强对沿海地区、城市重工业污秽区附近复合绝缘子的憎水性监测与评估;

(3)抽样绝缘子伞裙材料静态接触角的测量值随着迁移时间的增加而增大，且各绝缘子迁移规律基本一致;

(4)抽样绝缘子伞裙材料在迁移4天后，均未能达到涂污前的静态接触角水平，不同运行年限的复合绝缘子的憎水迁移能力均存在不同程度的下降;

(5)对于表面有烧蚀痕迹的绝缘子，其憎水性及憎水迁移性都下降的很快，必须加强对该类绝缘子加强监管。

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