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合成绝缘子技术和发展历史

20世纪80年代,清华大学、武汉水利电力学院等单位在国家“七五”计划支持下,开始了复合绝缘子研制,两个单位的伞裙材料都采用高温硫化硅橡胶,金具和环氧玻璃钢芯棒的连接方式采用了不同的技术路线,清华大学采用的是内楔式结构。武汉水利电力学院采用的是外楔式结构。两校的科技成果分别转让到企业,并转化为生产力。最初,电力运行部门对复合绝缘子的使用性能心存疑虑,对挂网运行很慎重,只是在110 kV以下电压等级不重要线路上挂少量试品进行带电考核。1990年华北地区 生大范围严重污闪事故,试用的复合绝缘子显示 出优异耐污闪能力,受到电力运行单位的喜爱,很多 部门主动采用这项新技术,扩大试运行规模和范围, 大大提高了输、配电线路的耐污闪能力,并减轻了线 路清扫的工作量,因而受到电力运行单位欢迎。经 过几年运行考核,电力主管部门肯定了复合绝缘子 是一项防污闪新技术,并开始在儿110kV以上电压 等级应用。

在复合绝缘子的使用初期,电力运行部门对在500 kV电压等级输电线路上使用复合绝缘子持慎重态度,特别强调运行经验,于是从美国、德国等复合绝缘子厂家进口了数批复合绝缘子挂网运行,国产500 kV复合绝缘子也陆续挂网运行。经过十几年的考验,运行实践表明,国产复合绝缘子的质量不比进口的逊色。

在复合绝缘子的研制、工艺、材料、试验打法、老化问题、机械性能、脆断问题、伞群结掏、高海拔问题等方面.复合绝缘子领域的科研人员作了大量的、持续不断的研究,这些研究为我国复合绝缘子的发展和质量保障,提供了坚实的技术支撑

复合绝缘子芯轴和端部金属配件是机械负载的主要部分,它们之间的连接是通过压力过盈配合完成的,主要是硬件塑料材料和环氧玻璃纤维芯棒的脆性材料通过产生的静摩擦力 在形成固体组分的过盈配合之后通过卷曲。 具体过程如下:将圆柱形内腔的金属工具放置在心轴上,通过多压设备在心轴的外圆周上施加一定的压力,使金属工具发生塑性变化。 心轴端部的插座,以达到将心轴与金属工具连接的目的。

 

金具与芯棒各个部件之间界面的表面状况对压接质量的影响十分重要,这包括金具内孔表面粗糙状态、金具内孔的清洁状态和芯棒压接部位的表面状态等。

复合绝缘子芯棒与金具通过压接连接界面结构进行连接,这个结构靠金属塑性变量来促进芯棒弹性变形产生静摩擦力来实现。其芯棒的弹性变形量除了与金具塑变产生压力有关外,还取决于芯棒的弹性模量和芯棒的泊松比。芯棒材料是由纤维和树脂构成,这两大材料基质的弹性模量和泊松比相差较大,随着材料组成比例的不同,芯棒的弹性模量和泊松比也会有较大波动,也相应对界面组装性能参数带来影响,必须对此进行分析和估算。

以考虑芯棒材料的弹性模量为例,复合绝缘子·芯棒与金具采用弹性模量过高的芯棒,虽然芯棒拉伸负荷高,但芯棒脆性也随之增大,压接时将产生微观裂纹导至芯棒脆性断裂概率增大,因此在保证其它技术参数指标前提下应选择硬度适中并具有一定韧性的芯棒,这种芯棒在金具强大压接应力下,会产生微量的弹塑性变形,能提高压接可靠性。另外,金具与芯棒装配尺寸也很重要,一般情况下,金具与芯棒配合间隙的尺寸控制在0.06-0.1 m范围较合适。

金属 附 件 是构成复合绝缘子的一种器件,它与支持结构物、导线、设备的部分或另一只绝缘子相连接。

连 接 区

芯 棒 和 金属附件之间传递负荷的区段。

联 接

联 接 是 金属附件一部分,通过这个部分可以将负荷由外部附件传递到复合绝缘子上。

起 痕

起 痕 是 由于在绝缘材料的表面上形成通道并且发展而形成的一种不可逆的劣化现象,这种通道甚至在干燥的条件下也是导电的。起痕可以产生在与空气相接触的表面上,也可产生在不同绝缘材料之间的界面上。

复合绝缘子芯棒断裂事故会对输电线路的安全稳定运行构成严重的威胁。我们结合某220 kV线路复合绝缘子芯棒断裂事故,对断裂绝缘子及同批次产品进行了外观检查、性能试验、解剖检查、材料试验,分析了绝缘子芯棒断裂的原因及机理。结果表明:该绝缘子端部结构存在缺陷及密封性能不良的问题,导致芯棒玻璃纤维受到酸液侵蚀,逐渐产生应力腐蚀过程,在弱酸腐蚀及应力的共同作用下机械性能不断降低,最终整支芯棒发生断裂。针对芯棒脆断现象和长期机械性能不佳的问题,建议将复合绝缘子端部金具楔式结构逐批更换为压接式结构,并加强端部金具及护套的密封,以及采用无硼纤维耐酸芯棒。

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