雷亮 許曉晨

摘 要：高壓交流和直流輸電在現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)中顯現(xiàn)出非常明顯的優(yōu)勢(shì)，輸電容量大，傳輸距離遠(yuǎn)，電能損耗低，線路造價(jià)低，線路走廊窄，適合于大型能源基地電力傳輸?shù)竭b遠(yuǎn)的負(fù)荷中心，能夠提高并列運(yùn)行的交流輸電線路的輸電能力，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，近四十年來(lái)工農(nóng)業(yè)水平飛速發(fā)展，高壓輸變電設(shè)備的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，體現(xiàn)出越來(lái)越重要的作用，需求量大大增加，因此要求高壓設(shè)備和高壓輸電線路具有更加可靠、穩(wěn)定的絕緣水平，開展對(duì)于高壓輸變電設(shè)備和高壓輸電線路整體及局部絕緣更加深入細(xì)致的研究越來(lái)越迫切。

關(guān)鍵詞：高電壓；絕緣技術(shù)；外絕緣；絕緣材料

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.159

0 前言

絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)是高壓設(shè)備的重要組成部分，絕緣系統(tǒng)的好壞決定著高壓設(shè)備的安全性能和運(yùn)行性能。實(shí)際上，50%的設(shè)備故障與絕緣有著直接或間接的關(guān)系。絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的合理與否對(duì)高壓設(shè)備的質(zhì)量、運(yùn)行效率乃至使用壽命都有著至關(guān)重要的作用。高壓設(shè)備的絕緣技術(shù)水平主要是由他們選擇的絕緣結(jié)構(gòu)和絕緣材料確定的，絕緣材料的優(yōu)劣與絕緣結(jié)構(gòu)的合理與否決定著高壓設(shè)備絕緣水平的高低，這也就說(shuō)明高壓絕緣的研究主要聚焦在絕緣材料與絕緣結(jié)構(gòu)兩方面。制造和選擇更加穩(wěn)定可靠的絕緣材料以及設(shè)計(jì)更加優(yōu)良的絕緣結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步提高高壓設(shè)備的絕緣水平，增強(qiáng)高壓設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性，減少高壓設(shè)備的故障發(fā)生率，延長(zhǎng)高壓設(shè)備的使用壽命，提升高壓設(shè)備的整體運(yùn)行性能。

交流電壓在短時(shí)間內(nèi)對(duì)絕緣造成的化學(xué)和熱影響是比較小的，可以忽略不計(jì)。但是，外施電壓作用時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，絕緣長(zhǎng)時(shí)間地受到電、熱、化學(xué)和機(jī)械力等因素的影響和作用，會(huì)發(fā)生一系列物理、化學(xué)變化，致使其電氣、機(jī)械及其他性能逐漸劣化。戶外運(yùn)行的絕緣系統(tǒng)比室內(nèi)的更為復(fù)雜，面臨的問題也更多，解決起來(lái)更為棘手，在此，絕緣系統(tǒng)的主要部分是研究戶外絕緣。大型發(fā)電廠和大型變電站是高壓設(shè)備最為集中的場(chǎng)所，因此在研究高壓絕緣過程中，要針對(duì)性地采集這些場(chǎng)所的長(zhǎng)期運(yùn)行外部環(huán)境的數(shù)據(jù)，分析戶外環(huán)境對(duì)于高壓設(shè)備絕緣破壞的形成過程和嚴(yán)重后果，為制定更高質(zhì)量的絕緣設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 高電壓設(shè)備外絕緣的主要材料

電工陶瓷是以前使用最多的高壓設(shè)備外絕緣材料。因?yàn)檫@種材料有著非常良好的電氣性能，機(jī)械強(qiáng)度較高，并且具有絕大多數(shù)材料無(wú)法達(dá)到的環(huán)境穩(wěn)定性。但陶瓷畢竟是一種脆性材料，有著高抗壓強(qiáng)度的力學(xué)性能，但是其抗拉強(qiáng)度較低，抗沖擊性能甚至更糟。而且電工陶瓷表面的親水性導(dǎo)致其易發(fā)生濕閃和污閃現(xiàn)象，造成電力系統(tǒng)安全事故。伴隨著工業(yè)制造技術(shù)的迅速發(fā)展，許多有機(jī)材料制成并不斷改良優(yōu)化，很多有機(jī)材料之前性能表現(xiàn)不佳，如今得到很大提升，所以一些有機(jī)材料被引入了高電壓外絕緣領(lǐng)域，電力系統(tǒng)中通常使用復(fù)合結(jié)構(gòu)的有機(jī)絕緣材料，包括脂乙丙橡膠、環(huán)族環(huán)氧樹脂、聚四氟乙烯、硅橡膠或類似物。

2 電壓絕緣技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

2.1 有機(jī)絕緣材料在高電壓外絕緣中的應(yīng)用

有機(jī)絕緣材料在高壓外絕緣領(lǐng)域使用的越來(lái)越廣泛，幾乎擴(kuò)展到所有涉及絕緣的電氣產(chǎn)品，甚至制造出電工陶瓷和鋼化玻璃所沒有的產(chǎn)品。棒形懸式復(fù)合絕緣子和線路支柱復(fù)合絕緣子的有機(jī)材料在高壓應(yīng)用領(lǐng)域中的絕緣是最成功的代表，目前，高壓電力傳輸系統(tǒng)越來(lái)越多地使用棒形懸式復(fù)合絕緣子和線路支柱復(fù)合絕緣子。

2.2 有機(jī)外絕緣產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)

目前實(shí)際應(yīng)用的絕緣子主要有瓷絕緣子、玻璃絕緣子和復(fù)合絕緣子三類，復(fù)合絕緣子與前兩類相比，具有更明顯的優(yōu)勢(shì)。在同樣的承受電壓下，復(fù)合絕緣子要比瓷絕緣子和玻璃絕緣子的重量輕許多，所以強(qiáng)度重量比更高，對(duì)于輸電線路和桿塔的機(jī)械受力要求更低；有機(jī)復(fù)合絕緣材料表面具有良好的憎水性，因此它的耐濕和耐污能力更好，濕閃和污閃電壓更高，污層電導(dǎo)很低，泄露電流很小，在相同污穢度和相同絕緣泄露距離條件下，其污閃電壓要比其他絕緣子更高。復(fù)合絕緣子如此優(yōu)異的性能大大減少了電力系統(tǒng)發(fā)生故障的幾率，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。同時(shí)由于復(fù)合絕緣子的良好耐污性能使得它在高污染地區(qū)也不必定期清掃，也不需要進(jìn)行零值檢測(cè)，大幅度減少了高污地區(qū)絕緣子的運(yùn)維成本。此外，由于復(fù)合絕緣子耐沖擊能力強(qiáng)，在運(yùn)輸和搬運(yùn)過程中不易碰傷和碎裂，減小了它受到人為因素的破損風(fēng)險(xiǎn)。

3 高電壓有機(jī)外絕緣需要研究解決的主要問題

作為高壓設(shè)備外絕緣，老化幾乎是一個(gè)永恒的問題，有機(jī)絕緣材料也不例外。復(fù)合絕緣子以硅橡膠為主添加多種填充劑制成，外絕緣長(zhǎng)年暴露在室外復(fù)雜的大氣環(huán)境中， 長(zhǎng)期承受高強(qiáng)度電磁場(chǎng)的作用和陽(yáng)光暴曬、風(fēng)吹雨淋、高溫嚴(yán)寒等的浸蝕， 使得絕緣材料不斷劣化， 降低了絕緣水平，危及電網(wǎng)安全，所以，研究外絕緣老化性能是十分重要的。硅橡膠具有優(yōu)異的耐強(qiáng)光輻射、耐高溫、耐臭氧和耐霉菌等性能， 但是硅橡膠質(zhì)量、填充劑性能和塑煉硫化工藝參數(shù)等的變化都會(huì)影響外絕緣的耐老化性能。另外，復(fù)合絕緣子外絕緣硅橡膠在生產(chǎn)過程中所用原材料質(zhì)量不一， 合成工藝、質(zhì)量控制水平和分子大小及分布不同， 都將影響硅橡膠耐老化和劣化水平。因此，找出影響外絕緣老化因素， 制定出外絕緣所需各種原材料性能指標(biāo)， 確保外絕緣耐老化性能的穩(wěn)定性，是十分有必要及早加以認(rèn)真研究的。

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)外公司成功地將機(jī)絕緣材料應(yīng)用在輸變電設(shè)備上， 我們應(yīng)盡快地學(xué)習(xí)應(yīng)用， 促進(jìn)我國(guó)高壓設(shè)備有機(jī)絕緣行業(yè)更新發(fā)展。從目前國(guó)內(nèi)外趨勢(shì)來(lái)看， 有機(jī)絕緣體的發(fā)展勢(shì)不可擋； 成為電氣絕緣領(lǐng)域發(fā)展的重要方向之一。而且有機(jī)絕緣材料應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，只要能解決相應(yīng)的技術(shù)問題， 同時(shí)制定出明確的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)， 有機(jī)絕緣材料擁有光明的發(fā)展前景。

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