环氧硬质复合绝缘子的应用研究

何昌林 杨俊生

（1.武汉南瑞电力工程技术装备有限公司，湖北武汉430070；2.襄阳国网合成绝缘子有限责任公司，湖北襄阳441000）

0 引言

复合绝缘子作为防污闪的主要设施在我国输电线路中得到了广泛应用，其使用量在逐年增加。随着特高压的飞速发展，复合绝缘子因其重量轻、机械强度高、耐污性能好等特点，在部分特高压交流和直流线路上使用率高达70%以上。然而，在输电线路的检修和运行工作中多次发现了复合绝缘子被鸟啄伤的情况[1]。鸟啄复合绝缘子使端部芯棒大面积暴露，导致端部密封破坏，在雨天、雾天等湿度高的环境条件下，暴露的芯棒与受潮的护套界面间易产生局部电弧放电，使芯棒产生电化学反应，若不及时发现和处理，将会发生脆断恶性事故，严重危害输电线路的安全运行[2]。

目前，硅橡胶复合绝缘子挂网数量占绝缘子总量的1/3以上，鸟啄事故和强风损伤事故时有发生，而防鸟啄的措施主要有调整硅橡胶配方组成、改变硅橡胶颜色、添加对鸟类有刺激性的气味填料、加装驱鸟设施等，但上述手段均只能在短期内防止鸟啄现象，并不能从根本上杜绝鸟啄现象。随着材料科学技术的进步，一种环氧硬质复合绝缘子的研制成功，拟从根本上解决复合绝缘子被鸟类啄伤的问题。

1 绝缘材料

综合国内外绝缘子市场，从外绝缘材料方面，主要分为瓷、玻璃和复合绝缘子这三种，这些绝缘子在运行中均存在一定缺陷。瓷和玻璃绝缘子以其较高的硬度、机械强度和优异的耐紫外线性能在输电线路上得到了大规模应用，但其防污闪性能差，在很多环境下应用并不适合，也为线路清扫维护增加了诸多成本。此外，瓷和玻璃绝缘子挂网初期稳定性不足也是电网较为关注的问题。而复合绝缘子以其优异的防污闪性能和抗拉性能应用较为广泛。但是由于硅橡胶伞裙材料本身的特点，即机械扯断强度在3～4 MPa之间，邵氏硬度在40～70之间，因此在个别地区输电线路运行中存在绝缘子被鸟啄损伤、伞裙根部被强风损伤的问题，特别是不可人为踩踏限制了其在耐张部位的应用，为输电线路的运检维护带来了诸多不便。

目前在户外复合绝缘子制造中应用最为广泛的外绝缘材料主要包括硅橡胶（SIR）、三元乙丙橡胶（EPDM）、脂环族环氧树脂（CEP）以及疏水脂环族环氧树脂（HCEP）等几大类。通过对这些材料在成本、操作灵活性以及性能等方面进行对比，发现硅橡胶和疏水脂环族环氧树脂两类材料具有优异的综合性能[3]。

CEP以其优异的机械性能作为高压户外复合绝缘子材料已经有30多年的历史，但是其疏水性却无法与有机硅树脂相比。而HCEP材料在通用型CEP材料中加入了具有特殊流变性能的添加剂，具有优良的憎水性能，对于硅藻土具有很好的憎水迁移性，同时也具有比普通硅橡胶材料更加出色的耐漏电起痕和电蚀损性能。此外，HCEP材料复合绝缘子具有出色的耐污闪特性，污闪电压梯度与普通硅橡胶复合绝缘子、涂覆RTV涂料的绝缘子相当，并且比硅橡胶复合绝缘子易清洗[4]。

自20世纪70年代以来，户外用脂环族环氧树脂复合绝缘子在全球已投运了700多万只，其中少数用于电力机车车顶，且投运时间较短[5]。目前，国外已有实际运行数据，而国内相对较少，因此，开展此项应用研究有着深远的意义。

2 环氧复合绝缘子成型工艺

环氧复合绝缘子的结构形式与硅橡胶复合绝缘子的结构基本一致，但成型工艺与其有明显差异。该产品适宜采用环氧自动压力凝胶（APG）技术成型，其APG工艺流程如图1所示。

图1 环氧复合绝缘子APG工艺流程图

环氧伞裙材料相比硅橡胶具有较大脆性，对材料内部气孔的控制要求较高，因此原材料需要进行较长时间的预处理，包括真空搅拌、填料改性以及相关的助剂添加。其次，需要制定成型温度。成型温度过高，来不及充模完全浇注料便会在局部发生凝胶固化，出现分层固化甚至制品局部缺胶。此外，某些环氧树脂在高温下还会出现自交联，固化物性能明显降低，严重影响制品质量。若成型温度过低，浇注料充模完全便会出现溢胶口溢胶现象，长时间仍未凝胶，填料分布不均匀化增大，制品质量难以保证，且浪费原材料。更重要的是制作周期变长，影响产品生产效率，且制品脱模时固化度仍不足，容易造成脱模损伤。然后，需要控制成型压力。成型压力过大，易出现局部填充不完全的缺陷。成型压力过小，则易出现固化分层的现象，严重的会导致局部固化过快影响胶体正常流动，不利于生产效率的提高[6]。环氧复合绝缘子的成品如图2所示。

图2 环氧复合绝缘子成品

环氧复合绝缘子的芯棒和金具的连接方式与目前硅橡胶复合绝缘子一致，可有效保证复合绝缘子的机械性能，且通用性强。由于环氧树脂属脆性材料，其与两端金属包裹处需要考虑环氧和金属的配合问题，需要进行重新设计。环氧复合绝缘子端部结构设计上与硅橡胶复合绝缘子不同，采用包裹式密封设计，如图3所示。

图3 重新设计的环氧复合绝缘子端部结构

3 产品性能

按照国家及行业标准对脂环族环氧材料的电气性能和机械物理性能进行测试，并与硅橡胶材料进行了对比，如表1所示。从结果可以看出，环氧材料的硬度和拉伸强度相比硅橡胶材料提高很多，而断裂伸长率下降很多，因此，在设计之初要考虑到环氧伞裙的尺寸，以防因外力导致的变形而受损。另外，环氧材料击穿强度和耐漏电起痕性能均能和硅橡胶材料媲美，具有优异的电气性能。

4 结语

针对目前架空输电线路中硅橡胶复合绝缘子存在被鸟啄伤、强风损伤的问题，研制出了一种憎水性能优异、伞裙可踩踏的复合绝缘子，各项材料性能均达到标准要求。

表1 材料性能对比

尽管脂环族环氧硬质悬式复合绝缘子拥有机械性能强、抗湿污效果好、强度高、易运输等优势，但仍存在价格高、外力撞击或搬运出现损伤而导致绝缘性下降等不足，这些不足也是限制脂环族环氧硬质悬式复合绝缘子应用的主要原因。随着人们对于脂环族环氧硬质悬式复合绝缘子的研究与应用不断深入，势必会找到更好的材料及技术改善这些弱点。

[1]梁旭明，蒲春雨，寻凯，等.500 kV线路复合绝缘子鸟啄情况调查及原因分析[J].电网技术，2005，29（22）：19-23.

[2]孙竹森，李震宇，张建斌，等.1 000 kV特高压交流输电线路复合绝缘子鸟害原因分析及对策[J].电网技术，2009，33（10）：52-54.

[3]张秀敏，张晓东.高压户外复合绝缘子外绝缘材料的研究与应用进展[J].绝缘材料，2006，39（1）：46-51.

[4]张子龙，及荣军，保承家，等.脂环族环氧复合绝缘子材料的机械性能及电气性能研究[J].甘肃科技纵横，2017，46（4）：10-13.

[5]刘学忠，周升，朱永占，等.车顶环氧复合绝缘子的外绝缘特性研究[J].电力机车与城轨车辆，2006，29（6）：11-14.

[6]申巍，尹立，李飞，等.环氧复合绝缘子APG制造工艺分析[J].工程塑料应用，2017，45（10）：57-62.