硅橡胶合成绝缘子外绝缘老化性能研究

硅橡胶复合绝缘子硅橡胶复合绝缘子是一种常用的绝缘材料，广泛应用于电力系统中。

本文将从硅橡胶复合绝缘子的特点、优势以及应用领域等方面进行介绍。

硅橡胶复合绝缘子具有优良的绝缘性能。

硅橡胶是一种高温耐热、耐电弧和耐候性能较好的材料，能够在恶劣的环境条件下保持稳定的绝缘性能。

它具有良好的电气性能，可以有效地防止电力设备发生漏电和击穿等故障。

硅橡胶复合绝缘子具有较强的机械强度。

硅橡胶具有较高的拉伸强度和抗撕裂性能，能够承受较大的机械应力。

复合绝缘子采用硅橡胶作为外层绝缘材料，能够有效地保护内部的绝缘材料，提高绝缘子的机械强度和耐久性。

硅橡胶复合绝缘子具有良好的耐候性能。

硅橡胶具有较强的耐老化性能和耐候性，能够长期在户外环境中使用而不受损。

它能够抵抗紫外线、高温、寒冷等极端气候条件的侵蚀，保持良好的绝缘性能。

硅橡胶复合绝缘子的应用领域非常广泛。

首先，它广泛应用于输电线路和变电站中。

硅橡胶复合绝缘子能够承受高电压和大电流的作用，保证电力系统的正常运行。

其次，它还常用于高压开关设备和变压器等电力设备中，起到绝缘和支撑的作用。

此外，硅橡胶复合绝缘子还常用于雷电防护装置和绝缘子串、绝缘子链等电力系统的附件中。

在使用硅橡胶复合绝缘子时，需要注意以下几点。

首先，要正确选择和安装绝缘子，保证其与设备的匹配性。

其次，要定期检查绝缘子的绝缘性能，及时发现并处理存在的问题。

此外，还应注意绝缘子的清洁和防护工作，避免灰尘、污垢等物质对绝缘子的影响。

硅橡胶复合绝缘子是一种优良的绝缘材料，具有良好的绝缘性能、机械强度和耐候性能。

它广泛应用于电力系统中，保证了电力设备的安全运行。

在使用过程中，需要注意绝缘子的选择、安装和维护，以保证其良好的工作状态。

0引言复合绝缘子因其重量较轻、憎水性及憎水迁移性能优异、防污闪能力强等特点，广泛应用于电网输配电系统中[1-2].目前，复合绝缘子老化测试方法主要分为两大类：基于电特性的检测方法与基于非电特性的检测方法.电特性检测法主要依据泄漏电流、表面电阻率以及材料的陷阱电荷量来表征复合绝缘子老化程度[3].非电特性检测法通过憎水性、材料官能团、电子能量谱、核磁谱等非电特征来表征复合绝缘子老化程度[4].文献[5]利用水囊柔性耦合的超声相控阵对绝缘子进行非接触式检测，对比复合绝缘子在不同缺陷下的超声脉冲回波反射图像与相控阵扇形扫描图像，检测材料内部出现的裂纹与缺陷，但是，当用于在线检测时，该方法易被电晕现象产生的噪音严重干扰.文献[6]采用正交试验法制作老化样本，对样品进行TSC 测试、扫描电镜实验以及傅里叶红外光谱实验，研究湿度及气压等变量对复合绝缘子老化过程的影响，结果表明，热刺激电流实验结果能够有效判定老化程度，且老化程度与湿度及气压有关.文献[7]基于显微红外光谱技术对现场运行的硅橡胶复合绝缘子进行了老化深度测试，结果表明，在同一电压等级下，伞裙高压侧的老化深度最大且同一伞裙的老化深度不均匀，但有效信息率较低，背景复杂，有谱峰重叠，分析较困难.文献[8]利用低磁场核磁共振传感器测量挂网运行不同时间的复合绝缘子，以横向弛豫时间作为反映复合绝缘子老化状态的特征量，但是，复合绝缘子老化程度不仅与时间有关，且没有控制变量，同时检测仪器成本较高，扫描速度慢，需要同样品进行接触，不利于户外快速检测.非接触式测量相比于同试品接触，现场测量可行性更强，效率更高.本文选取华北某地区变配电电压等级为10kV~110kV 中11支不同运行年限的复合绝缘子串制作样本，通过显微镜观察微观形貌，采用局部放电实验对11组样本老化程度进行标定并分类.之后，使用太赫兹矢量网络分析仪对各组样本实验分析，以基于太赫兹技术的硅橡胶复合绝缘子老化检测张学敏1，皇剑1，王子豪1，苗琛1，吴振升*2，程义彬2（1.云南电网有限责任公司玉溪供电局，云南玉溪653100；2.北京交通大学电气工程学院，北京100044）摘要：复合绝缘子长期运行后易老化，导致绝缘性能降低，可能危及电网安全.因此，研究如何及时跟踪绝缘状态存活量，简单快速获取复合绝缘子老化状态显得极为重要.本文选用华北地区10kV~110kV 线路电压等级11支绝缘子样品，使用光学显微镜对样品表面进行观察，随后结合局部放电实验定量分析，对样品老化程度进行标定与分类.为探究复合绝缘子老化程度对太赫兹波传输参数的影响，采用太赫兹矢量网络分析仪对已标定的各组样本进行实验测试，建立了基于太赫兹信号传输特性的复合绝缘子老化检测模型，并用一种小型太赫兹传感器在玉溪进行现场测试.结果表明，绝缘子老化程度与回波损耗参数成正比，使用太赫兹波对复合绝缘子进行非接触式老化程度检测是可行的.关键词：复合绝缘子；太赫兹波；回波损耗；绝缘老化；非接触式检测中图分类号：TM855DOI ：10.16375/45-1395/t.2021.04.001收稿日期：2021-09-09基金项目：国家重点研发计划项目（2018YFB2100104）资助.作者简介：张学敏，高级工程师，研究方向：电气工程及其自动化.*通信作者：吴振升，博士，副教授，研究生导师，研究方向：电力系统及其自动化及高电压与绝缘技术，E-mail ：********************.第32卷第4期2021年12月广西科技大学学报JOURNAL OF GUANGXI UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.32No.4Dec.2021第32卷广西科技大学学报太赫兹波在介质中传播的S11参数为表征，数据处理后对S11参数与绝缘子老化程度关系进行拟合，将复合绝缘子的老化程度由轻到严重分为5个等级.最后，根据太赫兹实验结果及样本老化分类，建立基于太赫兹波传输特性的检测模型，并使用一种THz传感器对老化样本进行现场测试，验证了利用太赫兹信号进行非接触式检测的可能性.1太赫兹信号测量原理1974年Fleming在描述光谱线频率范围时首次提出太赫兹波，其波长介于微波与红外光之间，频率范围在0.1THz~10THz[9-11]，辐射强度测得的信噪比大于104，远高于傅里叶变换红外光谱，因此，太赫兹时域光谱技术对降低背景噪声的干扰效果很好[12].根据源的不同，太赫兹波可以分为两种：连续太赫兹波与脉冲太赫兹波.脉冲太赫兹波可以获取所测样品的光谱信息，频域范围宽，能够获得物品上每一点的光谱数据.但该方法检测耗时较长，对小面积样品的成像需十几个小时以上，而且实验装置复杂，需要激光发射装置以及大量光学元件、透镜等.因此，脉冲太赫兹波只适用于实验室环境.连续太赫兹波通过检测样品强度信号进行分析，所需辐射源功率低，成像速度快，成本较低，信噪比较高，数据获取能力迅速，适合户外在线检测[13-14].根据材料学相关理论，分子的极性与分子偶极矩有关，数学表达式如下：μ=q d（1）式（1）中：μ是偶极矩矢量，d是分子正、负电荷中心间的距离，q是电荷中心的带电量.太赫兹信号是一种较高频率的电磁波，波矢量К是描述电磁波传输特性的一个重要参数，波在理想介质中的传输有：k=en k=enωμε（2）式（2）中：ω为角频率，μ为磁导率，ε表示介电常数，en是波传播方向的单位矢量，波矢量的大小为波数k，波矢量可表征电磁波的相位、相速、波长以及衰减等参数[15].由上式可知，当波在理想介质中传输时，波的幅值不会发生衰减.若理想传输介质变为有损介质，此时波矢量kc则表示为：k c =enωμεc=en（3）式（3）中：εc表示复介电常数，σ为电导率，j=-1.可以看出，当介质的电导率不为0时，介质变为有损介质[16]，有损介质中的波阻抗η可表示为：η=[1+(σωε)2]-14e j12arctan(σωε)（4）当电磁波在分界面上从介质1垂直入射到介质2时，若它们的波阻抗分别为η1和η2，则反射系数Γ为：Γ=η2-η1η2+η1（5）透射系数τ为：τ=2η2η2+η1（6）因此，当太赫兹波在老化的绝缘子介质中传播时，其传输特性将不同于信号在未经老化的绝缘子中的传输，老化后的绝缘子电导率和介电常数会发生一定的改变，波在其中会有一定的能量损失，且最后的反射波和入射波幅值相位也会不同[17-18].当入射波从空气入射到一定厚度的介质中，在介质与空气的分界面上会出现反射波和透射波.不同特性的传输介质会对相同的输入信号表现出不同的散射程度，这种不同的散射程度就可以用来描述该介质的特性.S参数中常用到的是S11参数和S12参数，分别称为回波损耗和插入损耗，表达式可写为：S11=b1a1（7）S12=b2a1（8）式中：a1为输入功率，b1为反射功率，b2为透射功率.由于S参数是以比值的形式表示，因此，S是一个小于1的正数，为了方便对比，常以dB的形式描述.二者转换关系如下：SdB=20×1g S（9）2实验和结果分析本节将对11组样本依次进行实验分析，探究不同老化等级下的THz信号传输特性.实验样品来自10kV~110kV线路电压等级的棒形悬式复合绝缘子，所选取的绝缘子来自同一厂家，型号为FXBW4-110/100，共选取11支样品，除2支为全新绝缘子外，其他样品运行年限均在10a以上.图1由左往右分别为未老化样本、老化样本和严重老化样本.2第4期图1未老化、老化和严重老化的绝缘子样本为了测量绝缘子的整体老化程度，将这11支硅橡胶复合绝缘子依次标号后，分别在每支绝缘子的高压侧、远离高压侧以及中间部分用刀割下相同数量的伞裙样本；再利用切片机将样本进行切片处理，每个样本切成长30mm、宽20mm、厚3mm 的薄片.每支绝缘子制作10份样品，共11组.实验过程分为两部分：一是在实验室中探究硅橡胶绝缘子的老化分类及其对太赫兹波传输参数的影响，首先通过硅橡胶的微观表面分析，结合局部放电实验的放电电压及脉冲电流波形对复合绝缘子老化程度进行标定，然后通过太赫兹矢网分析仪探究老化程度对回波损耗参数的影响；二是现场实验，通过太赫兹传感器及上位机软件对玉溪地区挂网运行绝缘子进行非接触式检测，结合实验室的分析结果，最终判断太赫兹波用于复合绝缘子非接触式检测是可行的.2.1样本处理将切好的样品用无水乙醇浸泡后，用去离子水擦拭清洗掉表面污秽，静置于真空烘干机中烘干，最后将所有样本封装在标好序号的样品袋中，在无尘环境中密封保存以备使用.2.2样品老化程度标定为了标定所选的11组绝缘子的老化程度，利用光学显微镜观察处理好的样本表面[19].实验所用光学显微镜系统见图2，其目镜放大倍数10X，物镜放大倍数63X，共放大倍数630X.图2光学显微镜实验根据观察到的绝缘子表面的微观形貌，将这11组样品的老化程度进行分类，共5类，即：Ⅰ类：样本1#和9#，没有出现老化或者老化程度非常低；Ⅱ类：样本2#、4#、7#和8#，绝缘子出现可检测性老化，表面憎水性逐渐下降，出现孔洞等；Ⅲ类：样本3#和6#，孔洞面积增大，老化逐渐严重；Ⅳ类：样本5#和10#，材料表面缺陷增多，老化进一步加深；Ⅴ类：样本11#，材料表面粉化严重，老化延伸到材料内部[20].为了验证上述根据绝缘子表面微观形貌判定的老化分类是否准确，对11组不同程度老化的绝缘子进行了局部放电实验.当绝缘子老化到一定程度时，沿面闪络电压会降低[21]，因此，通过局部放电实验可定量分析不同样本发生局部放电时所加电压的变化，进而判定绝缘子的老化程度.本文使用的板对板局部放电实验装置如图3所示.图3局部放电装置局部放电检测系统主要由工频交流电源、板板电极局部放电装置、局部放电测量系统、可调升压变压器、限流电阻以及计算机分析系统组成，系统原理见图4，其中升压变压器可通过调压器控制，最大可输出电压为27.5kV，限流电阻的阻值大小为50MΩ.整套系统除了局部放电装置外，还配有高频电流传感器（HCFT）.图4局部放电装置张学敏等：基于太赫兹技术的硅橡胶复合绝缘子老化检测3第32卷广西科技大学学报搭建好整套模型并完成接线，将处理后的11组绝缘子样本切片依次放入下极板的正中间，极板间距设置为40mm ，最后将局部放电装置放于水平地面上，接通电源，调节调压器进行放电实验.由于局部放电具有随机性，为准确体现样本的整体老化表现，每次实验中每组样本测量并记录3次放电数据，将每组样品中绝缘子不同部位的切片局部放电数据取平均值.表1为每组绝缘子3次局部放电平均数据，如表1所示.表1绝缘子切片的局部放电电压结合绝缘子切片的总体平均局部放电电压，再次对这11组样本进行分类，综合分析，可以得出，这11组样本的老化排序与利用显微镜观察到的表面微观形貌而得出的排序基本一致.最终的11组样本的老化程度排序如图5所示.图5样品老化程度分类2.3太赫兹探测绝缘子实验分析本文选择在射频领域应用广泛的矢量网络分析仪进行太赫兹实验，其频率分辨率为1Hz ，源功率最大范围为-90dBm ~+20dBm.此系统由矢量网络分析仪主机、扩频控制机和S 参数测试模块组成[22-23]，设备主机与S 参数模块如图6所示.（a ）设备主机（b ）THz 测量模块图6矢量网络分析仪设备为保证实验结果的准确性、减少测量误差，在实验进行前需要对设备进行校准；校准完毕后，连接好设备，依次排查接线是否稳定，确保周围环境无噪声和电场干扰；将主机与测量模块置于同一平面，使两个S 参数测量模块的端口位于同一条直线上，每个端口都安装上天线接头；将硅橡胶绝缘子切片放于两个测量端口之间，确保天线接头与样本切片的表面贴紧以便太赫兹信号垂直入射到样本中，同时最大程度接收到反射波.最终搭建好的测量模型如图7所示.（a ）整体测量模型（b ）样品放置示意图图7太赫兹实验系统4第4期一切就绪后将分析仪调至反射测量模式，本次实验在0.17THz ~0.22THz 频段进行.测量并记录下太赫兹信号在硅橡胶切片中传输过程中的S 11参数，每组样品记录10条曲线后取均值，依次将11组样品进行反射测量，经实验测得所有11组样本的S 11参数曲线经过EMD 去噪后整体如图8所示.图8（网络版彩图）1#—11#样品THz 信号S 11参数曲线硅橡胶绝缘子的老化程度与THz 信号的回波损耗成正比.观察图8可知，曲线由下到上排序表示S 11参数依次减小，此时对应的绝缘子切片的老化也越严重，因而这11组样品的老化排序与上节中经显微镜观察与局部放电实验标定的顺序是一致的.从图8中提取1#和9#两个样本的S 11曲线如图9所示.由于1#和9#两个样本来自新绝缘子，二者的S 11参数曲线相差不大，在不同的频率段各有交叉，在0.19THz ~0.2THz 频段两条曲线几乎重叠.紧接着是8#、2#、7#和4#样本，如图10所示.图9（网络版彩图）1#和9#样品S 11曲线张学敏等：基于太赫兹技术的硅橡胶复合绝缘子老化检测5第32卷广西科技大学学报观察图10，在0.19THz ~0.20THz 频段，这4条曲线比较紧凑，有的几乎重叠，在此频段上观察老化程度区分度不大.在0.17THz~0.19THz 处，8#和2#区分比较明显，而在0.20THz~0.22THz 处二者相差很小，7#和4#刚好相反.从整体来看，8#和2#样品老化程度近似，相比之下4#和7#曲线总体偏上，老化更加严重一些.接着是6#、3#、5#、10#和11#样本，如图11所示，老化程度依次递增，除了在0.195THz 和0.220THz 左右曲线集中在一起，在其他频段都具有良好的区分度.最后的11#老化样本与前4条曲线差距较大，其S 11参数相比未老化的1#和9#来说增加了接近0.6dB ，区分度显而易见.从整个频率段来看这11组样本的S 11参数曲线，对于老化程度接近的样本，实验测得曲线会有不同程度的交叉甚至出现重叠.同时，2个老化程度不同的样本，其S 11参数曲线并不是完全的上下平移的关系，这可能是由于实验误差干扰或者样本自身关系，但是老化更严重的样品整体上测得回波损耗会更大一些.从横向来看，总体上所有曲线在整个频段内，随着频率的增加，S 11参数呈现出下降的变化趋势.从纵向来看，在频段0.18THz ~0.19THz 和0.20THz ~0.21THz 之间，各曲线之间S 11参数具有不错的区分度，灵敏度较高.图10（网络版彩图）8#、2#、7#和4#样品S 11曲线图11（网络版彩图）6#、3#、5#、10#和11#样品S 11曲线6第4期考虑到误差以及理论与实际的不同，根据实验所得S 11参数和样本老化程度的变化规律，对这11组样品所对应的S 11参数同样进行了大致的划分，如图12所示.图12不同老化等级对应的S 11参数将不同老化等级下对应的0.17THz ~0.22THz 信号S 11参数汇总如表2所示.表2老化等级与S 11参数的对应关系老化等级ⅠⅡⅢⅣⅤS 11(-∞，-10.85](-10.85，-10.70](-10.70，-10.45](-10.45，-10.25](-10.25，+∞)由此建立了基于太赫兹信号传输特性的硅橡胶复合绝缘子老化检测模型，通过测量太赫兹信号垂直入射绝缘子后得到的回波损耗，可大致判断复合绝缘子所处老化等级.2.4现场实验本文选取了一种频率接近、收发一体式的小型便携式太赫兹信号传感器进行现场测试，该传感器可发射信号频率约在0.12THz~0.13THz 之间，采样方式为混频之后用ADC 采样，如图13所示.图13便携式太赫兹信号传感器为了便于现场测试，本文根据传感器的相关接口编写了基于LabVIEW 的信号采集界面.传感器在工作时信号将从探头发出，遇到障碍物发生折反射，其中反射回的信号经FFT 变换后由探头接收，并在信号采集界面上形成一个显著的波峰，该波峰所处位置和振幅会显示在界面左下角.实验地点选择玉溪供电局110kV 玉蒙电铁输电线路.在线路检修时，进行现场实验，将传感器与编写好的上位机软件连接.由专业人员协助，将传感器探头对准现场的复合绝缘子，二者间隔设定为20cm.整个测试确保信号传输路径上除样品外无其他障碍物，以防止其他反射波干扰.将界面程序调试完毕后控制下位机，开始采集数据.由于该传感器信号频率较高使得波束角很小，因此，测量前慢慢调整探头角度以接收到最大幅度的回波.依次选择不同的挂式绝缘子进行测试，共随机测试6组，以1#绝缘子为例，传感器接收到的回波曲线如图14所示.图14（网络版彩图）1#绝缘子回波曲线从图14中可以看到，回波曲线在0.2m 处有一个最大的波峰，是信号在样品上反射而得，此后的其他回波可能由周围噪声干扰所致.经过现场测量，得到不同样本对应的幅值变化如表3所示.表3不同样本对应的幅值变化样品编号1#2#3#4#5#6#老化等级ⅡⅢⅢⅡⅡⅣ幅值变化范围298.54~305.29299.21~305.76299.36~305.37298.82~305.23298.37~305.51301.25~307.86均值302.09302.79302.57302.11302.05304.59从表3可见，当老化程度属于同一级别的样本之间，回波曲线幅值变化很小，几乎没有差别，老化程度属于不同级别的样本之间幅值变化较明显.单位：dB 单位：dB张学敏等：基于太赫兹技术的硅橡胶复合绝缘子老化检测7第32卷广西科技大学学报3结论本文选取了华北地区11支绝缘子样品进行了实验测试，对11组S11参数曲线进行比较后得出：对于老化程度不同或者接近的样本，其曲线在不同频段会有不同程度的交叉甚至出现重叠，所有曲线在整个频段内，随着频率的增加，S11参数呈现下降趋势.根据实验结果和样本的老化分类，建立了复合绝缘子老化检测模型，将绝缘子的老化状态分为5个等级，通过测量太赫兹信号的回波损耗，可大致得出复合绝缘子所处老化等级，判断老化状态.最后选取了一种便携式的小型传感器进行现场测试，以回波的幅值变化为表征对样本进行了非接触式检测分析，实验结果表明了其对老化状态的检测具备可行性.本文探究了太赫兹波在复合绝缘子中的传输特性，该方法精度较高，可有效辨别样本老化等级，并体现出THz信号在硅橡胶中的频率特性.目前在微观上研究较多的方法是FITR光谱、核磁共振、XPS表征等方法，相比核磁共振法，太赫兹技术用于检测绝缘老化可以对绝缘设备进行非接触式检测.此外，也可以在设备正常运行的情况下直接检测，不需要对绝缘设备进行拆卸，避免了FITR法和XPS法繁杂的检测操作.不足的是，信号易受周围环境干扰，回波波形波动较大，实现有效检测需大量数据支撑，同时在实际现场应用中还有可能受到强电磁场的影响.因此，需要进一步提高传感器探头的信噪比，减少或屏蔽外来信号的干扰，提升该方法的现场实用性，可作为更进一步的研究目标.参考文献[1]梁曦东，高岩峰，王家福，等.中国硅橡胶复合绝缘子快速发展历程[J].高电压技术，2016，42（9）：2888-2896.[2]PENG X Y，WANG Z，LIN H S，et al.Surface struc‐ture of aged composite insulator studied by slow positronbeam[J].Journal of Wuhan University of Technology，Materials Science Edition，2019，34（5）：1008-1012. 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硅橡胶复合绝缘子老化表征评估研究的现状与进展
张冠军;赵林;周润东;申文伟;梁曦东
【期刊名称】《高压电器》
【年(卷),期】2016(52)4
【摘要】硅橡胶复合绝缘子具有重量轻、耐污闪能力强、运输安装方便等优点,被广泛用于电力系统的外绝缘。

在污秽、紫外辐射、放电、温湿度等现场复杂因素的长期作用下,复合绝缘子硅橡胶绝缘材料逐渐老化,运行可靠性显著降低,严重威胁电力系统的运行安全。

如何科学表征和评估复合绝缘子的老化状况,是目前国内外业界关注的热点和难点问题。

文中结合作者的研究成果,分析了复合绝缘子硅橡胶材料的老化机理,综述了目前考核复合绝缘子长期性能的模拟严酷环境试验方法以及复合绝缘子老化状态检测和评估技术的研究现状与进展,对各种老化试验及状态评估方法的适用性及有效性进行了分析,最后对复合绝缘子老化状态表征和评估技术的发展趋势进行了展望,以期能为电力部门的复合绝缘子运行维护和生产厂家的设计制造提供参考。

【总页数】15页(P1-15)
【关键词】复合绝缘子;硅橡胶;老化;表征;评估
【作者】张冠军;赵林;周润东;申文伟;梁曦东
【作者单位】西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室;国网山东省电力公司济南供电公司;清华大学电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM216
【相关文献】
1.硅橡胶复合绝缘子老化评估的研究进展
2.复合绝缘子用硅橡胶老化状态评估方法
3.评估硅橡胶复合绝缘子老化的磁共振新方法
4.自然环境不同年限复合绝缘子硅橡胶材料老化特性表征方法研究
5.基于硅橡胶微观性能的复合绝缘子老化评估方法
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合成绝缘子人工加速耐候性试验目前我国挂网运行的合成绝缘子总量已超过100万支，其中运行时间最长的已达10余年。

因其具有重量轻、机械强度高及施工方便，特别是其优良的耐污性能和日常维护量小等优点，在高电压输电线路上得到了广泛的应用。

运行经验表明，合成绝缘子的耐污闪能力较强，在保证电力系统安全运行和推动我国电力工业发展上发挥着显著的作用。

随着合成绝缘子运行时间及使用数量的不断增加，运行中合成绝缘子也出现了一些异常，因而人们对合成绝缘子的耐候性等问题更加关注。

为此本文针对硅橡胶合成绝缘子的伞盘材料，使用人工加速老化试验方法，对其进行耐候性试验，证实了配方合理、工艺完善的硅橡胶合成绝缘子耐候性能强，能满足户外长期运行的要求。

1.合成绝缘子人工加速老化的试验方法长期挂网运行的合成绝缘子，其外绝缘的物理化学性能变化主要是自然气候条件引起的，如周围环境温度的变化，太阳光中的紫外线辐射，风吹雨淋，雾的湿润等诸多因素。

这些因素对合成绝缘子外绝缘的作用是长期而复杂的。

因此，对合成绝缘子外绝缘性能考察的最好办法，是在自然气候下的实际运行过程中观察其寿命，然而对一个使用寿命长达十多年的产品，这是不现实的。

由此，国外试验研究部门经过长期研究和摸索试验，确定了合成绝缘子外绝缘模拟加速老化试验的方法。

所谓加速老化是指与传统的室外老化试验相比，使用自然加快或者实验室人工方法加快完成试验。

虽然模拟实验条件与合成绝缘子产品实际使用普遍性的问题仍存在争论，但一致认为该试验可以对产品性能进行考证。

由于合成绝缘子闪盘材料直接在带电条件下和大气环境直接接触，所以考察合成绝缘子的耐候性主要是考察闪盘材料的老化情况。

现行国际上普遍采用的人工加速老化试验方法，有斜面法、1000h盐雾法和5000h老化试验方法等。

但他们之间的实验条件、试验程序、试验现象和试验评价均不相同。

1000h 盐雾法和5000h老化试验方法施加系统最高工频相电压，皆为模拟海岸等盐污地区、重污秽或者严重污秽的严酷条件，不同的是5000h老化试验，较为全面地模拟了合成绝缘子在使用中所遇到的强烈阳光照射，频繁的湿热变化、凝露和自然雨等环境条件，并且循环的模拟气候(如湿热变化)还可能产生某种程度的机械应力，特别是在合成绝缘子表面上会重复出现多次凝露现象。

作者简介：陈钰珺（1999-），女，硕士研究生，主要研究方向为废旧橡塑材料的回收利用。

基金项目：福建省省直机关单位教育和科研专项项目（K3-925）,福建省科技厅项目（2021J01200）。

收稿日期：2023-05-17复合绝缘子以其良好的绝缘性、较高的机械强度、抗污闪能力强、憎水性强等特点在过去的几十年内被广泛运用在我国电网的各级输电线路中[1]。

我国从20世纪70年代开始使用复合绝缘子,近些年新建的高压输电线路中复合绝缘子的使用量超过7 000 000支，位于世界前列[2]，并且退役量将呈现持续爆发性增长。

随着社会经济和工业的蓬勃发展，电力系统外复合绝缘子污秽成分逐渐趋于多样性，绝缘子表面污秽的化学成分直接影响了其电气性能，严重威胁着电力系统的安全稳定运行。

随着运行年限的增加，在紫外线辐射、电晕放电、污秽以及自然环境等因素影响下，硅橡胶复合绝缘子会出现一系列老化的现象，同时在其受到温度、污秽、潮湿、局部放电或高场强的联合作用，伞裙或护套硅橡胶出现龟裂、粉化、憎水性降低、开裂等老化现象，影响绝缘子的电气性能，导致出现污闪及冰闪事故[3~5]。

因此，为了更好去了解复合绝缘子的老化特征，国内外大量学者对此进行了很多研究。

一方面是研究在自然环境下不同年限和环境下其老化特征。

例如韩红卫等人[6]从宁夏地区选取不同年限和运行环境的复退役硅橡胶复合绝缘子的表面污秽及老化特性分析陈钰珺1，胡莎莎4，肖乔4，汪伊宁1，曹长林1，2，3*，杨松伟1，2，3，程慧青5，陈庆华1，2，3，钱庆荣1，2，3(1.福建师范大学环境与资源学院、碳中和现代产业学院，福建 福州 350117；2.聚合物资源绿色循环利用教育部工程研究中心，福建 福州 350117；3.福建省污染控制与资源循环利用重点实验室，福建 福州 350117；4.福建师范大学化学与材料学院，福建 福州 350117；5.福建省电力科学研究院，福建 福州 350007)摘要：以东南沿海的退役硅橡胶复合绝缘子为对象，采用扫描电子显微镜（SEM ）/能量色散谱（EDS ）、激光共聚焦显微拉曼、傅里叶红外光谱（FT-IR ）、热重分析（TGA ）及差示扫描量热仪（DSC ）分析其伞裙硅橡胶的表面污秽及其老化特征，并与未服役的硅橡胶复合绝缘子进行对比。

浅析复合绝缘子外绝缘老化问题及其解决方案摘要：本文在研究复合绝缘子外绝缘材料基础上，对复合绝缘子外绝缘老化原因进行探讨，针对复合绝缘子外绝缘老化问题及其解决方案给出一些思路和建议。

介绍喷涂PRTV材料、包覆式伞裙这两种复合绝缘子外绝缘老化修复常用的设备检修技术。

关键词：复合绝缘子；外绝缘老化；解决方案；1引言电网设备中复合绝缘子广泛应用在变电站和输电线路中，以其优越的防污闪性能为电气设备提供良好的外绝缘。

但是复合绝缘子硅橡胶表面因长期承受户外恶劣天气难免发生老化现象，如裂纹、粉化、硬化，甚至出现脱落；同时硅橡胶表面的憎水性丧失严重，若有雨水淋在表面形成连续水膜，将导致表面泄漏电流增大，极大地降低了设备的耐污闪、雨闪性能，严重威胁着电网的安全运行。

2外绝缘老化问题分析外绝缘硅橡胶材质本身具有良好的耐老化特性，但是由于产品填充剂和硫化工艺的原因影响了外绝缘的整体性能。

市面上所采用的合成硅橡胶原材料结构和质量参差不一，合成工艺技术质量较低，硅橡胶高分子材料长期受酸性无机物质的氧化降解，导致硅橡胶耐老化的整体性能下降[1]。

2.1 RTV材料RTV（室温硫化硅橡胶）材料耐自然天气老化性能不佳，作为防污涂料的RTV 平均每5年要喷涂一次，而近期发现部分地区出现了3年即劣化失效的RTV防污涂料。

有部分厂家采用RTV材料作为复合绝缘子的外套材料，并且出现了严重事故，如2009年-2012年期间，国内部分地区出现了SF6电流互感器复合绝缘子外套严重劣化现象。

2.2 LSR材料LSR（液态硫化硅橡胶）耐泄漏电流性能不佳，且老化速度相对较快，有的甚至投运不足一年就出现了明显材料劣化。

LSR复合绝缘子失效案例也较多，2011年9月，特高压直流±800kV某换流站内直流分压器外套发生伞裙烧蚀起痕，外套采用欧洲的LSR材料。

2014年1月，另一个国外某著名设备厂家的穿墙套管在国内某±500kV换流站也出现了严重的劣化现象。

高性能复合绝缘子用硅橡胶纳米复合材料的研究硅橡胶复合绝缘子作为目前常用的一种绝缘子材料,但是硅橡胶复合绝缘子在遭受化学腐蚀后容易产生干带电弧,从而使得绝缘子发生故障。

在本文的工作中,将甲基乙烯基硅橡胶(SIR)分别与苯基硅橡胶(P-SIR)和氟基硅橡胶(F-SIR)共混,考察了复合材料的硫化特性、机械性能、动态热力学性能、绝缘性能,憎水性及憎水性迁移等性能;以SIR为基体分别填充氢氧化铝、伊蒙土、氮化硼、云母粉和微量的碳纳米管(CNT)等不同的材料,考察了复合材料的硫化特性、机械性能、绝缘性能、憎水性等性能。

实验结果表明,以纯的SIR为基体的复合材料具有良好地综合性能,但是耐低温性能较差,憎水性也不及其他的复合材料;P-SIR拥有最好的耐低温性能,共混复合材料能在-50℃以下使用,疏水性和憎水性迁移都较好,但是共混复合材料的断裂伸长率很低;F-SIR拥有最好的疏水性,共混后的复合材料拉伸强度会降低。

对于添加不同填料的体系的复合材料,添加了氮化硼的复合材料拥有最好的绝缘性能,该复合材料5%失效几率的电场强度是29.2kV/mm比纯的SIR高出了11.7kV/mm,但是氮化硼对硅橡胶的补强作用较少,仅提高了复合材料的弹性模量,断裂伸长率几乎没有增加。

对于添加微量碳纳米管体系的复合材料,复合材料的机械性能几乎都一致,但是对复合材料的绝缘性能影响巨大。

添加了0.2份的碳纳米管后,50%失效几率的击穿强度从22.1kV/mm降低到5.6kV/mm。

对于添加了0.02份碳纳米管得复合材料,由于库伦阻塞效应的产生,该复合材料的绝缘性能有明显的提升,5%失效几率的击穿强度从17.3kV/mm提高到
20.8kV/mm,该复合材料的绝缘性能接近于添加100份的氢氧化铝的复合材料。

浅析复合绝缘子硅橡胶材料老化特性摘要：作为高压瓷质绝缘子的更新换代产品，硅橡胶复合绝缘子有着耐寒耐热、防水性、电性能好和质量轻等优点，但是硅橡胶复合绝缘子随着工作的时间不断的增加，会出现老化的问题。

它的一些原来优点也会出现较大幅度的变化，其中会出现耐污闪性能力下降、绝缘可靠性和表面憎水性也会降低，这样会对电网的安全产生较大的影响，因此对复合绝缘子的老化特性进行研究有着重要的意义。

关键词：复合绝缘子；老化；憎水性；泄漏电流1前言复合绝缘子作为现代高压线路中的一个重要的组成部分，是替代瓷质绝缘子的优良元件，它可以在一定程度上提高污闪电压，并能极大的缩短线路运行维护时间和停电时间，在供电方面也保持着较大的可靠性。

硅橡胶复合绝缘子主要有着耐污性能优异、清扫维护工作量少、质量轻和弹性好不易碎等特点，这也是硅橡胶复合绝缘子能够成为新一代更换产品的条件。

不过这些优良的特性会随着使用的年限增加而不再成为突出的条件，反而成为威胁电网安全的不良因素，因此研究绝缘子老化问题成为行业中的一大重点。

文章主要通过规程DL/T864—2004复合绝缘子电晕老化试验来对老化特性进行相关分析研究。

2电晕老化实验测试实验所用的试验材料是一种硅橡胶复合绝缘子切片，选取合适的尺寸，并进行电晕老化实验处理。

电晕老化装置中利用的是针板放电原理，紧密均匀排列的钢针作为高压电极，铝板作为地极。

当在装置中通入负极性直流电压，装置会产生相对均匀的电晕放电。

实验对环境有着特殊的要求，需要在密闭的有机玻璃装置进行，相配套的还要可调温度和湿度的显示仪器。

新型硅橡胶复合绝缘子切片进行电晕放电实验的相关参数设定如下表1，实验共分为3组，为了避免实验出现偶然性，提高实验的精准度，每一组有10个实验切片，以一天为一个老化周期，并且每隔一个周期进行特性分析。

2.1憎水性测量利用静态接触角法来进行憎水性实验测试，测量时需要接触角测试仪，并且在利用计算机和数码相机进行数据采集和分析。

复合绝缘子用硅橡胶材料的配方设计与老化性能评估摘要：复合绝缘子在目前的社会实践中有着比较广泛的应用，且其在电力系统的应用实践中发挥着巨大作用，所以强调复合绝缘子的质量意义显著。

对现阶段的复合绝缘子生产进行分析，其会经历设计、制造等多个环节，而各个环节中存在的问题会影响最终成品的质量。

结合复合绝缘子的具体使用做分析，在持续利用的过程中，其会发生老化现象，而这种老树属于正常老化。

在材料运用不合理或者是材料搭配科学性差的情况下，复合绝缘子的老化会呈现非正常趋势。

为了强调复合绝缘子的高质量生产与安全应用，讨论硅橡胶材料基础上的复合绝缘子生产配方设计，并对其老化性能评估做讨论，这于实践有突出指导意义。

关键词：复合绝缘子；硅橡胶材料；配方设计；老化性能；评估对复合绝缘子的生产进行分析，硅橡胶材料是目前生产复合绝缘子过程中采用的主要材料，这种材料与其他的橡胶材料进行比较，显著的特点是憎水性丧失之后能够在一定条件下获得恢复，即硅橡胶材料具备比较优异的憎水性恢复与迁移特性，这种特性使得硅橡胶材料能够在高压复合绝缘子伞套的制作与应用中发挥重要价值。

对复合绝缘子的运行做分析可知其会在电场、光照、淋雨、污秽等条件下出现性能下降等问题。

为了保证复合绝缘子在实际应用中的性能稳定，需要保证复合绝缘子制作材料具有良好的电气性能、机械性能以及理化性能。

为了满足这些条件，需要对硅橡胶材料的配方设计进行分析。

对硅橡胶材料的配方设计与老化性能评估做讨论，需要执行如下工作。

一、配方筛选试验结合目前的实践做分析，要新设计或者是改变复合绝缘子的配方，一般会利用人工加速老化试验方法来对配方进行筛选，同时也会对老化性能进行评估。

结合目前的实践，在配方筛选试验组织实施的过程中，主要使用的方法如下。

首先是1000h盐雾试验法。

这种方法是昨早被写入国际标准的老化试验方法[1]。

就该种方法的具体实施来看，其基本操作是在盐雾条件下对绝缘子进行1000h电压，然后对绝缘子的烧蚀和放电情况进行分析。