何昌林 楊俊生

（1.武漢南瑞電力工程技術(shù)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(zé)任公司，湖北襄陽441000）

0 引言

復(fù)合絕緣子作為防污閃的主要設(shè)施在我國輸電線路中得到了廣泛應(yīng)用，其使用量在逐年增加。隨著特高壓的飛速發(fā)展，復(fù)合絕緣子因其重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、耐污性能好等特點(diǎn)，在部分特高壓交流和直流線路上使用率高達(dá)70%以上。然而，在輸電線路的檢修和運(yùn)行工作中多次發(fā)現(xiàn)了復(fù)合絕緣子被鳥啄傷的情況[1]。鳥啄復(fù)合絕緣子使端部芯棒大面積暴露，導(dǎo)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(hù)套界面間易產(chǎn)生局部電弧放電，使芯棒產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將會(huì)發(fā)生脆斷惡性事故，嚴(yán)重危害輸電線路的安全運(yùn)行[2]。

目前，硅橡膠復(fù)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(qiáng)風(fēng)損傷事故時(shí)有發(fā)生，而防鳥啄的措施主要有調(diào)整硅橡膠配方組成、改變硅橡膠顏色、添加對(duì)鳥類有刺激性的氣味填料、加裝驅(qū)鳥設(shè)施等，但上述手段均只能在短期內(nèi)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一種環(huán)氧硬質(zhì)復(fù)合絕緣子的研制成功，擬從根本上解決復(fù)合絕緣子被鳥類啄傷的問題。

1 絕緣材料

綜合國內(nèi)外絕緣子市場(chǎng)，從外絕緣材料方面，主要分為瓷、玻璃和復(fù)合絕緣子這三種，這些絕緣子在運(yùn)行中均存在一定缺陷。瓷和玻璃絕緣子以其較高的硬度、機(jī)械強(qiáng)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(yīng)用，但其防污閃性能差，在很多環(huán)境下應(yīng)用并不適合，也為線路清掃維護(hù)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(guān)注的問題。而復(fù)合絕緣子以其優(yōu)異的防污閃性能和抗拉性能應(yīng)用較為廣泛。但是由于硅橡膠傘裙材料本身的特點(diǎn)，即機(jī)械扯斷強(qiáng)度在3～4 MPa之間，邵氏硬度在40～70之間，因此在個(gè)別地區(qū)輸電線路運(yùn)行中存在絕緣子被鳥啄損傷、傘裙根部被強(qiáng)風(fēng)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(yīng)用，為輸電線路的運(yùn)檢維護(hù)帶來了諸多不便。

目前在戶外復(fù)合絕緣子制造中應(yīng)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(duì)這些材料在成本、操作靈活性以及性能等方面進(jìn)行對(duì)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(jī)械性能作為高壓戶外復(fù)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(jī)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(duì)于硅藻土具有很好的憎水遷移性，同時(shí)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(fù)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(fù)合絕緣子、涂覆RTV涂料的絕緣子相當(dāng)，并且比硅橡膠復(fù)合絕緣子易清洗[4]。

自20世紀(jì)70年代以來，戶外用脂環(huán)族環(huán)氧樹脂復(fù)合絕緣子在全球已投運(yùn)了700多萬只，其中少數(shù)用于電力機(jī)車車頂，且投運(yùn)時(shí)間較短[5]。目前，國外已有實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，而國內(nèi)相對(duì)較少，因此，開展此項(xiàng)應(yīng)用研究有著深遠(yuǎn)的意義。

2 環(huán)氧復(fù)合絕緣子成型工藝

環(huán)氧復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)形式與硅橡膠復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)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(dòng)壓力凝膠（APG）技術(shù)成型，其APG工藝流程如圖1所示。

圖1 環(huán)氧復(fù)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(duì)材料內(nèi)部氣孔的控制要求較高，因此原材料需要進(jìn)行較長時(shí)間的預(yù)處理，包括真空攪拌、填料改性以及相關(guān)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(huì)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(huì)出現(xiàn)自交聯(lián)，固化物性能明顯降低，嚴(yán)重影響制品質(zhì)量。若成型溫度過低，澆注料充模完全便會(huì)出現(xiàn)溢膠口溢膠現(xiàn)象，長時(shí)間仍未凝膠，填料分布不均勻化增大，制品質(zhì)量難以保證，且浪費(fèi)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(shí)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(yán)重的會(huì)導(dǎo)致局部固化過快影響膠體正常流動(dòng)，不利于生產(chǎn)效率的提高[6]。環(huán)氧復(fù)合絕緣子的成品如圖2所示。

圖2 環(huán)氧復(fù)合絕緣子成品

環(huán)氧復(fù)合絕緣子的芯棒和金具的連接方式與目前硅橡膠復(fù)合絕緣子一致，可有效保證復(fù)合絕緣子的機(jī)械性能，且通用性強(qiáng)。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(jìn)行重新設(shè)計(jì)。環(huán)氧復(fù)合絕緣子端部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上與硅橡膠復(fù)合絕緣子不同，采用包裹式密封設(shè)計(jì)，如圖3所示。

圖3 重新設(shè)計(jì)的環(huán)氧復(fù)合絕緣子端部結(jié)構(gòu)

3 產(chǎn)品性能

按照國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)脂環(huán)族環(huán)氧材料的電氣性能和機(jī)械物理性能進(jìn)行測(cè)試，并與硅橡膠材料進(jìn)行了對(duì)比，如表1所示。從結(jié)果可以看出，環(huán)氧材料的硬度和拉伸強(qiáng)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(shè)計(jì)之初要考慮到環(huán)氧傘裙的尺寸，以防因外力導(dǎo)致的變形而受損。另外，環(huán)氧材料擊穿強(qiáng)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(jié)語

針對(duì)目前架空輸電線路中硅橡膠復(fù)合絕緣子存在被鳥啄傷、強(qiáng)風(fēng)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(fù)合絕緣子，各項(xiàng)材料性能均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 材料性能對(duì)比

盡管脂環(huán)族環(huán)氧硬質(zhì)懸式復(fù)合絕緣子擁有機(jī)械性能強(qiáng)、抗?jié)裎坌Ч?、?qiáng)度高、易運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢(shì)，但仍存在價(jià)格高、外力撞擊或搬運(yùn)出現(xiàn)損傷而導(dǎo)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(zhì)懸式復(fù)合絕緣子應(yīng)用的主要原因。隨著人們對(duì)于脂環(huán)族環(huán)氧硬質(zhì)懸式復(fù)合絕緣子的研究與應(yīng)用不斷深入，勢(shì)必會(huì)找到更好的材料及技術(shù)改善這些弱點(diǎn)。

[1]梁旭明，蒲春雨，尋凱，等.500 kV線路復(fù)合絕緣子鳥啄情況調(diào)查及原因分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，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(fù)合絕緣子鳥害原因分析及對(duì)策[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（10）：52-54.

[3]張秀敏，張曉東.高壓戶外復(fù)合絕緣子外絕緣材料的研究與應(yīng)用進(jìn)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(fù)合絕緣子材料的機(jī)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(xué)忠，周升，朱永占，等.車頂環(huán)氧復(fù)合絕緣子的外絕緣特性研究[J].電力機(jī)車與城軌車輛，2006，29（6）：11-14.

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