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研人员再次与国内绝缘子行业协作开发高SML等级(300 到550kN)复合绝缘子, 抓住‘特高压机遇’并从中获益。 5. 鸟类叨啄造成伞裙和护套损伤。 鸟类叨啄导致硅橡胶绝缘子伞裙和护套损坏, 在中国 一直以来并不是波及范围很广的问题。但却仍然发现 许多安装在特高压线路铁塔上的这类绝缘子, 甚至在 线路通电之前已被破坏。这类损伤通常发生在I-型串 顶端或V型串底部。对一些严重受损的绝缘子最终不 得不在通电前进行更换。
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复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集)

September 17, 2015 • Insulator / 绝缘子, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

1. 脆断 中国第一例记录到的硅橡胶绝缘子 脆断是在1994年12月,发生在仅运行 了约4年的一支220kV绝缘子上。这 是一起严重事故,导致导线跌落,事 件迫使研究人员、制造商和电力公司 开始致力于关注其它国家已报道的 这种故障模式。1998年发生了又一 起脆断故障, 这次是500kV绝缘子, 1999年又发生了4起500kV绝缘子脆 断, 其中一半来自国外供货商。2001 年, 500kV线路再次报道出了6起脆 断, 大多数为进口产品。 清华大学1994年之后开始关注脆断, 研究工作包括开发再现脆断过程的 试验方法, 更好地理解导致脆断的 原因。随后开发了无硼FRP芯棒,应 力腐蚀试验方法和验收标准编入了 DL/T 810-2002标准中。目前, 采用 改进的芯棒以及高压直流复合绝缘 子新的技术规范, 已经成功地阻止 了继续发生脆断事件并且解决了用 户担忧的大多数问题。
2. 伞裙破裂/损坏 90年代中期发现一些硅橡胶绝缘子伞裙材料出现老化。例如, 有些情况 下,伞裙持续硬化的严重程度导致材 料变脆,易破裂或撕裂。除了在某些 电力公司中引起担忧以外,这也引起 了行业内关于如何改进硅橡胶材料 配方的讨论, 以达到憎水迁移特性 和耐漏电起痕之间的最佳平衡。目 前, 看来多数制造商已经能够解决 这一问题。 3. 不明原因闪络 90年代中晚期, 报道了许多例复合 绝缘子不明原因闪络。这些闪络主要 出现在110kV和220kV绝缘子中, 且 一向发生在清晨, 并且通常重合闸成 功。对闪络绝缘子的电气和机械性 能进行了测试, 结果正常, 伞裙材料 的状况也是如此。在不明原因的情况 下仍然没有办法采取应对措施, 这在 考虑扩大硅橡胶绝缘子应用范围的 电力公司中引起了不确定性。. 清华大学进行的模拟试验最终揭开 了谜底, 导致这类闪络事件最常见的 是大鸟排泄物。了解了这一点, 一些 绝缘子制造商开始供应伞裙加宽型 产品, 目的是防止或至少将这一问题 降至最低。 4. 机械强度降低 90年代期间, 许多球头楔接式金具 的复合绝缘子机械强度在仅运行
鸟类叨啄造成伞裙和护套损伤 复合绝缘子 复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集) bird made

图解:设计伞裙加宽型绝缘子,限制鸟类‘流体状粪便’ 导致闪络

图解:复合绝缘子芯棒的酥 朽状断裂 复合绝缘子 复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集) insulator crashed

图解:复合绝缘子芯棒的酥 朽状断裂

伞裙被鸟类叨啄损坏的实例 复合绝缘子 复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集) again avoid bird

伞裙被鸟类叨啄损坏的实例

几年后便大幅降低。例如, 为这一问题对绝缘子进行 取样试验, 结果发现只有三分之一被测绝缘子可以通 过1分钟额定机械负荷(SML)试验。这一试验测试了 挂网运行2年到5年之间的44支110kV和220kV绝缘 子, SML为100 kN。 发现多数机械破坏荷重试验的被测绝缘子仅达到了 SML的60%到80%, 最糟的只有SML的50%。第二次取 样试验测试了9支绝缘子, SML为70到100kN, 结果显示 只有一支通过了1分钟试验, 而其它的在达到80%SML 时失败。与前面相同, 这些球头楔接式金具复合绝缘子 仅运行了1到5年。 1997到1999年之间, 清华大学研究了压接式端部金 具, 之后将优异的压接工艺技术传授给几个绝缘子制 造商。直径18 mm和24mm FRP芯棒的机械强度分别 达到了750 MPa和700 MPa。机械破坏荷重试验的标 准偏差非常小, 机械蠕变特性也很优异。例如, 依据IEC 61109-1992进行的载荷蠕变试验中, 600天试验蠕变斜 率仅为-2.07% Mav10年对数时间单位 – 与球头楔接式 金具绝缘子相比, 有了显著改善。 幸运的是, 就在前文讨论的‘高压直流机遇’前夕, 适时研 发的优化压接工艺帮助驱散了电力公司的担忧。之后, 科研人员再次与国内绝缘子行业协作开发高SML等级(300 到550kN)复合绝缘子, 抓住‘特高压机遇’并从中获益。
图解:复合绝缘子高压试验,确保符合国内标准的要求 复合绝缘子 复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集) hv test request

图解:复合绝缘子高压试验,确保符合国内标准的要求

5. 鸟类叨啄造成伞裙和护套损伤。 鸟类叨啄导致硅橡胶绝缘子伞裙和护套损坏, 在中国 一直以来并不是波及范围很广的问题。但却仍然发现 许多安装在特高压线路铁塔上的这类绝缘子, 甚至在 线路通电之前已被破坏。这类损伤通常发生在I-型串 顶端或V型串底部。对一些严重受损的绝缘子最终不 得不在通电前进行更换。
尽管这显然对未来技术不构成威胁, 但鸟类叨啄仍然是复合绝缘子行业 必须解决的一个问题。
6. 酥朽状断裂 近年来, 在中国和其它地方发现了 新类型的复合绝缘子故障模式。此 处, 发生故障的芯棒类似于枯木断 裂, 没有任何典型脆断的光滑截面。 芯棒粉化以及玻璃纤维和树脂分离 也有报道。自2008年以来, 中国已经 报道了8例500kV此类故障, 其中5 支的供货商为国外制造商。 这类故障目前被称为‘酥朽状断 裂’, 实验室试验已经取得了一些进 展, 以查明其原因。因为这类故障可 以发生在普通芯棒以及无硼FRP芯 棒上, 采取的避免脆断的应对措施 无效。而这些断裂似乎与芯棒-护 套交界面的劣化并最终导致失效有 关。防止这类故障的发生,与改进芯 棒和硅橡胶护套之间内部界面的粘 接密切相关。 中国复合绝缘子的市场 发展过程 从研究开发阶段到成为中国输电 线路上采用的主导技术这一另一 视角, 纵观中国30年复合绝缘子发 展历程, 可以回顾其发展的不同阶段,每一个阶段都标志着其各自的 特性和主题。
图解:FRP芯棒染色渗透试验 复合绝缘子 复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集) color test

图解:FRP芯棒染色渗透试验

第1阶段:研究和发展 这一阶段持续了约10年, 见证了复合 绝缘子走过主要是高等院校研究人 员进行实验室试验的阶段。全面研 究了产品必须具备的特性, 如憎水 性, 抗蚀损, 然后向电力公司工程 师进行解释。也向用户传授了复合绝缘子具备优异闪络性能, 重量轻 强度高, 易于运输和安装等潜在优 势的知识, 使他们能够更好地鉴赏 复合绝缘子相对于传统绝缘子, 所 能带来的预期的优势。
第2阶段:推广应用 从90年代早期到2000年前后, 安装 在输电线路上的复合绝缘子数量日 益增多, 但却报道了很多事故和故 障。随着制造商通过更先进的生 产线力争赢得用户, 批量生产在这 一阶段得以普及。随着供货商力争 提高在市场上的竞争力, 成本控制 是另一个问题。 第3阶段:质量和标准化 2000年以后, 中国进入了大范围采 用复合绝缘子的阶段, 并指定在几个 关键的500kV高压交流和±500kV 高压直流工程中采用。竞争在加剧, 尤其是价格竞争,控制生产成本的压 力不断加剧。与此同时, 新的重点强 调质量控制, 以更好地保障长期性 能。事实上,2003年以后,质量控制 和标准化成为了中国的首要议题。
图解:昆明特高压试验站复合绝缘子高海拔试验 复合绝缘子 复合绝缘子: 中国30年的经验 教训(下集) kunming test

图解:昆明特高压试验站复合绝缘子高海拔试验

  由于仅通过几个短期试验很难预 测绝缘子的长期性能, 因此标准更 多地被视为筛选和淘汰劣质绝缘 子的途径, 而不是辨别最好的产品 的途径。故此, 电力行业标准DL/T 810-2002引入了一些基本的绝缘 子材料的试验。例如, 起草了高压 直流下伞裙材料憎水性迁移和恢 复以及抗蚀损的试验方法和验收 标准。还起草了硅橡胶绝缘子人工 污秽试验方法, 如FRP芯棒应力腐 蚀试验方法和验收标准。 第4阶段:作为惯常产品被广泛采用 在成为中国特高压工程指定采用 的主要绝缘子类型之后, 复合绝缘 子达到了成熟期, 逐渐被视为惯常 产品, 而不再仅是耐污绝缘子。事 实上, 近5年复合绝缘子占中国所 有新安装绝缘子的43.7%, 远高于 瓷绝缘子的26.4%和玻璃绝缘子 的29.5%。 展望未来, 中国复合绝缘子技术的 应用范围目前已经逐步扩大, 并超越了主要用于输电线路悬式绝缘 子的范围。最有前途的新的应用领 域包括用于各种电站以及耐张串中, 而目前这些地方仍然主要是玻璃和 瓷。特别是复合空心变电站绝缘子 正在吸引越来越多的关注。
中国线路和变电站绝缘子制造商必 须创立自己的品牌, 抓住并满足新兴 的市场机遇。

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