复合绝缘子在高频电压下的老化试验探讨

赵天任 童海波 肖金云

（长园高能电气股份有限公司，广东 东莞523128）

0 引言

近年来，硅橡胶材料的复合绝缘子因为优良的耐污闪性能在我国得到了快速普及应用，对我国输电线路的建设与运行起到了非常积极的作用。但在使用中，有少量复合绝缘子经过一段时间的运行后发生了断串的问题，有一部分断串是由于复合绝缘子在电场长时间的作用下发生电老化导致劣化造成的，其中，500 k V交流复合绝缘子在高压端附近发生温升进而断裂引起的断串尤为突出。如今，该类型的断串已影响到输电线路的运行安全和复合绝缘子应用的普及。因此，对在电场作用引起的复合绝缘子断串现象进行老化试验研究，具有非常重要的意义。

1 高频电压加速老化试验方法产生的背景

后，在高压端附近会发生温升的现象，发生温升后绝缘子有进一步发展为断串事故的危险。同时，运行数据表明，交流复合绝缘子该类型的劣化比直流复合绝缘子要严重，这表明交变电场引起的局部放电和对护套—芯棒间界面的破坏比由静电场引起的要严重。

按现有复合绝缘子的相关标准，老化试验包括盐雾试验、紫外线试验、转轮法试验等。实践证明，现有这些老化试验主要是评估复合绝缘子的表面老化性能，并不能有效评估复合绝缘子在电场作用下硅橡胶和环氧树脂芯棒内部以及两者之间界面的电老化性能。本文根据局部放电的基本理论，提出复合绝缘子高频电压加速老化试验的方法、装置，并给出了试验结果评判分析方法。

2 高频电压加速老化试验方法分析

复合绝缘子运行时其电场的分布是极不均匀的，高压端的电场比其他部位的电场强度要高得多。复合绝缘子制造过程中，由于各种原因，可能在硅橡胶或芯棒内部存在微小的气隙（气泡），或者在长时间的运行中有低分子物质从硅橡胶或芯棒中分解出来。另外，硅橡胶伞裙护套与芯棒的粘接界面在潮气和电场的长时间作用下，可能发生粘接质量下降甚至是脱粘的问题。这些都为复合绝缘子在高压端附近发生局部放电创造了条件。运行统计数据表明，少数交流复合绝缘子在运行数年

2．1 本试验依据的局部放电的基本理论

（1）局部放电时每次微观放电的电荷与试品本身有关，与电压及电压频率无关。（2）局部放电时每次微观放电的能量与试品本身有关，与电压及电压频率无关。（3）在一定的电压下，一定时间内局部放电的次数与施加电压的频率成正比。

2．2 高频电压加速老化试验方法

根据以上局部放电理论，同时由于每次局部放电的时间极短（为10－7～10－9s），可以利用提高试验电压频率的方法对复合绝缘子进行加速局部放电老化试验，使得硅橡胶、环氧树脂芯棒内部的气隙（气泡）和护套—芯棒间界面的交联基团在高频交变电场下加速老化。

2．2．1 试品的准备

本试验的试品包括2种类型，一种是绝缘子成品（或短样），另一种是带护套的芯棒。具体准备要求如下：（1）绝缘子成品（或短样）。对成品进行试验时，应使用正常生产的复合绝缘子产品，并在产品上装配好相应的均压环装置以及与产品配合使用的线路金具、附件等；因试验设备、检测手段限制而不适合使用长产品的情况下，可以使用短样（短样的绝缘长度不小于800 mm）进行试验。（2）截取带护套的芯棒。用有金刚石层的圆锯片从正常生产的绝缘子上沿与芯棒轴线成90°的方向切割试样，切面用细砂布打光（砂粒大小为180目），两边端面应清洁且平行。试品长度可根据试验装置的电压条件选取，推荐值为30～100 mm。

2．2．2 试验方式

具体试验方式包括以下2种：（1）对绝缘子成品（或短样）进行试验。将试品与线路金具、均压环、导线等附件装配、连接好后，设定电压、频率的数值，接通电源。试品与接地物或邻近物体的距离，一般应不小于试品高压部分与接地部分间最小距离的1．5倍。（2）对带护套芯棒截取段进行试验。试品准备好后，将其置于试验电极间，设定电压、频率的数值，接通电源。

2．2．3 试验装置

如图1所示，试验的主要装置包括电源、调压器、变压器、变频器等。主要装置说明如下：（1）电源：根据试验要求，为试验配置合适的电源，电源输出应稳定可靠。（2）调压器：此装置输出端与变压器相连，通过此装置进行电压变换，获取试验需要的不同电压值。（3）变压器：此装置是利用电磁感应的原理来升高交流电压。（4）变频器：通过此装置可以实现变频控制，获取试验需要的不同频率电压。

图1 试验电路图

图1中“S”处放置绝缘子产品（或短样）或截取好的带护套芯棒（图2）。对于成品或短样试验，应尽量模拟试品在实际线路运行中电场分布的情况。在对带护套芯棒截取段进行试验时，试验装置的2个电极结构应保证带护套芯棒受到均匀电场的作用。

2．2．4 试验条件

试验中，根据试验设备的条件，可对试验电压、频率范围、试验温度、相对湿度等施加一定的条件值。

2．2．5 试验参数

（1）试验频率选取范围：300 Hz～10 k Hz。（2）试验电压：根据试品的不同，选用不同的试验电压。1）对于成品，选用该电压等级复合绝缘子的工作电压或高于工作电压进行试验。对于短样，施加的电压值可以依据电场分布计算结果作选择，使高压端附近的护套场强与实际运行的场强值相似。2）对于带护套芯棒试品，根据试品长度，施加的电压值应使电场强度为2．5～6 k V／cm。（3）试验温度：可采取室温恒定的温度条件，也可使温度在一定的范围进行循环变化，推荐的温度范围为－35～＋60℃。（4）试验湿度：可采取恒定的湿度条件，也可使湿度在一定的范围进行循环变化，推荐的相对湿度为20%～98%。（5）试验时间：老化试验持续时间可根据研究的需要进行选定，推荐的试验时间为100～1 000 h。如试品发生击穿现象，应终止试验。

2．2．6 试验结果评判与分析

在试验过程中，定期利用红外测温技术测量试品的温升情况，并记录好发生温升的时间和温度值。不同胶料配方或不同生产工艺的试品，在相同试验条件下进行试验，其产生温升前所耐受的时间越长，耐老化性能就越好。因此，可以利用本试验方法对复合绝缘子进行配方、工艺改进后的试验验证，对不同工艺技术生产的复合绝缘子进行性能比较与筛选。

3 结语

本文为分析工程上运行的复合绝缘子发生温升进而断裂的原因提供了一种新的试验方法。复合绝缘子生产厂家在为提高复合绝缘子电老化性能进行工艺技术改进时，本试验方法也可为其改进效果提供评判参考。因此，本文提出的试验方法对解决工程实际及生产问题具有积极的意义。

［1］GB／T19519—2004 标称电压高于1 000 V的交流架空线路用复合绝缘子——定义、试验方法及验收准则［S］

［2］徐其迎．硅橡胶合成绝缘子耐老化性能试验研究［J］．绝缘材料，2009，42（3）