白勝利

（上海塞迪維爾玻璃制品有限公司 上海 201400）

0 引言

絕緣子是安裝在不同電位的導(dǎo)體之間或?qū)w與地電位構(gòu)件之間的器件，支撐導(dǎo)線、防止電流回地以及增加爬電距離，能夠耐受電壓和機械應(yīng)力作用，是一種特殊的絕緣控件，能夠在架空輸電線路中起到重要作用。絕緣子不應(yīng)該由于環(huán)境和電負(fù)荷條件發(fā)生變化導(dǎo)致的各種機電應(yīng)力而失效，否則絕緣子就不會產(chǎn)生重大的作用，就會損害整條線路的使用和運行壽命。

絕緣子本體主要有三種材質(zhì)，分別為陶瓷材料、復(fù)合材料和鋼化玻璃。與陶瓷和復(fù)合材料絕緣子相比，鋼化玻璃絕緣子有諸多的優(yōu)越性，鋼化玻璃絕緣子（toughened glass insulator，TGI）全稱盤型懸式鋼化玻璃絕緣子［1］，具有零值自破、壽命長、耐振動疲勞、抗冰害等的優(yōu)異特性，主要用于高壓和超高壓交、直流輸電線路中［2］。目前在輸電線路中應(yīng)用較廣泛的是鋼化玻璃絕緣子。

1 鋼化玻璃絕緣子結(jié)構(gòu)

鋼化玻璃絕緣子產(chǎn)品由鋼化玻璃本體、鋼帽、鋼腳、連接固定銷子（R銷或者W銷）和水泥組成，還有一些在鋼化玻璃絕緣子表面有噴涂涂層。主要部件如圖1所示。

圖1 鋼化玻璃絕緣子主要部件示意

2 鋼化玻璃絕緣子生產(chǎn)過程

玻璃絕緣件原料主要包含石英砂、長石、石灰石、白云石、純堿、碳酸鉀等，其中石英砂主要成分為SiO2，長石為富含鈣、納、鉀的鋁硅酸鹽，白云石為富含鎂、鈣的碳酸鹽；純堿是玻璃熔制過程中生成硅酸鹽的原料，同時也與碳酸鉀一起為玻璃熔制時的澄清劑，用以去除氣泡。形成的鋼化玻璃內(nèi)部為均質(zhì)硅酸鹽，內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)均一性優(yōu)于電瓷，具有更好的介電強度，同時鋼化玻璃表面具有預(yù)應(yīng)力，熱穩(wěn)定性優(yōu)良。

生產(chǎn)工藝流程為：

配料→熔制、澄清→壓制→鋼化→冷熱沖擊→膠裝→檢驗

3 主要缺陷

在鋼化玻璃絕緣子的玻璃件生產(chǎn)過程中，可能出現(xiàn)以下缺陷：

3.1 結(jié)石

有異物（不熔物）鑲嵌于玻璃件上。一般是未熔的原料顆粒，或者耐火材料顆粒。玻璃本體中有這種結(jié)石缺陷會成為鋼化玻璃絕緣子的薄弱點，會成為應(yīng)力集中點。結(jié)石存在于鋼化玻璃件中，與玻璃件本體有著不同的理化性質(zhì)，特別是熱膨脹系數(shù)。玻璃件經(jīng)過鋼化工藝后，玻璃本體中結(jié)石周圍區(qū)域應(yīng)力集中將會成倍的增加。當(dāng)結(jié)石本身的熱膨脹系數(shù)小于玻璃本體時，結(jié)石周圍區(qū)域的應(yīng)力處于受拉狀態(tài)（張應(yīng)力），極易發(fā)生微裂紋并擴展導(dǎo)致玻璃件炸裂，玻璃絕緣子結(jié)石缺陷見圖2。

圖2 結(jié)石缺陷

要解決結(jié)石問題，需要檢查和穩(wěn)定兩方面：（1）原料：玻璃原料成份、顆粒度過大過小顆粒、配合料混合是否均勻、加料是否合理等；（2）熔化：玻璃窯爐液面波動、窯壓波動、溫度波動，窯爐和料道耐火材料是否有異常侵蝕等。

3.2 裂紋

存在于玻璃件上，因部分區(qū)域斷裂形成的縫隙。裂紋在燈光下可以觀察到明亮的折光，裂紋兩端點呈明亮的“V”字形。裂紋嚴(yán)重影響鋼化玻璃絕緣子的機電性能，可能會隨著使用時間的延長越來越大，并導(dǎo)致玻璃件爆裂。它是玻璃絕緣子的致命缺陷，有些帶有裂紋的玻璃件會在鋼化工段或者熱沖擊階段發(fā)生炸裂，有些在檢驗工序中被發(fā)現(xiàn)，如圖3所示。裂紋缺陷根據(jù)產(chǎn)生部位和形狀不同，解決方法也不相同。要針對裂紋產(chǎn)生的原因逐條檢查排除，解決玻璃件裂紋缺陷。

圖3 裂紋缺陷

3.3 表面氣泡

存在于玻璃件上的氣體夾雜物。氣泡分為兩類：內(nèi)部氣泡和表面氣泡。內(nèi)氣泡是指鑲嵌在玻璃件內(nèi)部，呈圓形、橢圓形或點狀的氣體夾雜物（點狀氣泡通常指灰氣泡）；表面氣泡指存在于玻璃件表面，呈橄欖形或線狀的氣體夾雜物，玻璃件表面會出現(xiàn)不光滑的凸凹。存在于玻璃件里面的小氣泡對絕緣子機電性能基本上沒有影響，然而存在于玻璃件表面的破氣泡會有影響，特別是存在于玻璃件螺紋口或者翅尖的表面氣泡會導(dǎo)致玻璃件被直接廢棄，在鋼化玻璃絕緣子使用過程中影響其機電性能。

3.4 皺褶

是玻璃本體上有扁形突起或凹陷的，存在于玻璃件表面的擠壓狀紋路。皺褶不會隨著時間而生長，如圖4所示，玻璃件各區(qū)域均可發(fā)生。它是在玻璃絕緣子本體壓制成型過程中產(chǎn)生的，會影響玻璃絕緣子的機電性能，產(chǎn)生尖端放電或受應(yīng)力在玻璃件檢驗工序中被發(fā)現(xiàn)。皺褶形成的主要原因是相應(yīng)部位的模具太冷，潤滑太好造成，主要解決方法是提高相應(yīng)部位的模具溫度，減少模具相應(yīng)部位的潤滑。

圖4 褶皺

3.5 開裂

開裂分為機械開裂和鋼化開裂。機械開裂是由于玻璃件在鋼化工藝以后的工序中，碰撞其他硬物，或者玻璃件之間相互碰撞，而導(dǎo)致的玻璃本體破損剝落。機械開裂有明顯的白色撞擊點。撞擊點周圍的破損部位毛糙，通常有類似“魚鱗”狀的剝落，如圖5所示。鋼化開裂大多認(rèn)為是在鋼化過程中產(chǎn)生的破損剝落。與機械開裂比較而言，鋼化開裂沒有撞擊點，破損部位光滑，主要是玻璃件上有飛邊、尖角、凸起等，在鋼化工段中冷卻時產(chǎn)生的應(yīng)力過于集中，而導(dǎo)致玻璃件上這些飛邊、尖角、凸起的部位直接破損剝落，有的直接在鋼化過程中造成整個玻璃件炸裂。這兩種開裂在玻璃件檢驗工序中都有發(fā)現(xiàn)。針對機械開裂，主要是檢查玻璃件在鋼化工藝之后的輸送和處理過程中是否有玻璃件和硬物相碰撞，或者玻璃件之間是否有碰撞。針對鋼化開裂主要檢查玻璃件上是否飛邊、尖角、凸起的部位，或者鋼化風(fēng)柵是否有異常吹風(fēng)，或者有玻璃件和風(fēng)柵碰撞。如果玻璃件上有飛邊、尖角或凸起，一般要更換相應(yīng)的模具。

圖5 開裂

3.6 拉傷

玻璃絕緣子采用模具壓制而成，由于脫模不好，會在玻璃件上產(chǎn)生拉傷，俗稱毛口，主要有外翅內(nèi)外毛口、螺紋口毛口等，如圖6所示。拉傷一般情況下要看發(fā)生位置和發(fā)生的規(guī)律，是否為同一方向。一般需要調(diào)整沖模和底模的相對位置，或調(diào)整鏜輥機構(gòu)中心位置。檢查沖模脫模情況，或在玻璃件不變形的情況下，降低壓制成型的沖壓壓力。

圖6 拉傷

3.7 飛邊

玻璃件側(cè)邊有多余且呈薄片狀的玻璃。飛邊多存在于玻璃件外翅翅邊，或外螺紋合縫線處。這種飛邊主要是由于底模合縫線處理不好，模具達(dá)到生產(chǎn)熱平衡后合縫線未完全閉合造成，一般情況下要更換相應(yīng)的模具。還有一種飛邊出現(xiàn)在底模和外環(huán)的合縫線處，為橫向飛邊，多為玻璃料滴落料不正，或料滴重量超重，要調(diào)整落料位置并檢查料滴重量。

3.8 剪刀印

由剪刀剪切玻璃料后留在玻璃表面的印記。通常來說，剪刀印分為上剪刀印和下剪刀印，可以把剪刀印看作是種褶皺，剪刀印還可表現(xiàn)為裂紋、氣泡等，大部分表面氣泡是由剪刀印引起的。要減輕剪刀印，需調(diào)整剪刀片的剪切狀態(tài)，盡量讓剪刀片剪在料滴最細(xì)的地方；兩個剪刀片的相對位置、角度、形狀、刀口狀況、兩個剪刀片的壓緊配合情況，冷卻情況，對剪刀印的產(chǎn)生有至關(guān)重要的作用；當(dāng)料滴滴入模具后，用火焰燒料滴上的剪刀印也可以減輕上剪刀??；下剪刀印也可以在料碗口加熱來減輕它對玻璃件的影響；最后就是調(diào)整落料位置，讓剪刀調(diào)整到最淡和對玻璃件影響最小的位置。

3.9 缺料

模具內(nèi)表面沒有被玻璃料完全填充滿，造成玻璃件上缺一塊，缺的地方為玻璃表面張力自然形成的光滑表面。出現(xiàn)缺料時，解決方案是先檢查玻璃件重量是否正常，然后確定玻璃料滴是否有落料不穩(wěn)和不正的情況，最后再確認(rèn)玻璃件沖壓成型壓力是否過低等，如圖7所示。

圖7 缺料

3.10 自爆

鋼化玻璃絕緣子的玻璃本體有自爆的可能性，主要由于玻璃件本體有缺陷或成份不均勻、玻璃件中含有硫化鎳小顆粒、玻璃件鋼化工藝產(chǎn)生的應(yīng)力偏移或應(yīng)力分布不均勻、玻璃件過鋼化。生產(chǎn)鋼化玻璃絕緣子本體要保證合理的鋼化工藝，鋼化玻璃本體要經(jīng)過一系列相應(yīng)的熱沖擊、熱處理，將會自爆的鋼化玻璃本體剔除，降低鋼化玻璃絕緣子的自爆性。一般要求使用一年內(nèi)鋼化玻璃絕緣子的自爆率在萬分之一以下。

4 結(jié)語

鋼化玻璃絕緣子的玻璃件在生產(chǎn)過程中的主要缺陷有以下幾種：結(jié)石、裂紋、表面氣泡、皺褶、開裂、拉傷、飛邊、剪刀印、缺料、鋼化玻璃絕緣子的自爆。在生產(chǎn)過程中，針對這些缺陷在玻璃件上的部位和產(chǎn)生原因提出一系列解決方案，以保證輸電線路的安全運行。