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涂覆RTV硅橡胶涂层 恢复老化复合套管的性能
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涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能

June 9, 2016 • Bushings, Silicone Technology Review, 最近文章汇总

自上世纪90年代初期以来, 复合套管的高压设备在变电站中的应用持续增长, 特别是就互感器而言, 硅橡胶套管的安全 故障模式被视为是优于瓷套管的关键优势。当然, 和瓷套管相比, 复合套管预期的性能和使用寿命 也是用户所关注的。正如一旦发现老化应当采取 补救措施一样, 任何过早老化的证据均很重要。 最近, 捷克输电系统运营商CEPS对其旗下变电 站内的复合绝缘互感器进行检查后发现, 套管出现了不同程度的老化。典型的老化表现为表面硬化, 变为或者亲水性或者憎水性很差, 也有更加 极端退化的事例, 其特征为套管上的自发裂纹和 表层剥落。
本文由布拉格EGU高压实验室的Vaclav Sklen- icka和CEPS的Karel Fiala, 以及LAPP绝缘子 公司的Manfred Bruckner撰写, 探讨了涂覆 RTV涂层作为恢复老化复合套管状况的补救措施。

背景 1992年以来, 捷克共和国245kV和 420kV变电站安装的互感器上装配了 复合套管。由同一家供应商提供的这 些变压器一直运行在中欧温和的气 候环境中, 年平均日照时间在1300h 到1800h之间, 环境温度可以下降到 零下30°C。所有已经投入使用上述设 备的变电站处于低污染环境下 (依据 IEC60815-1标准), 当地雨水的pH值 范围在4.2和4.9之间。
图1: 套管潮湿表面的疏水性比较, 未老化(a)和部分老化(b)。 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 Comparison of hydrophobicity of wetted surfaces

图1: 套管潮湿表面的疏水性比较, 未老化(a)和部分老化(b)。

对CEPS变电站所有互感器上的聚合 物套管进行例行检查中发现, 套管的 老化程度并非总是与运行年限相关。 例如, 发现一些运行仅5年的互感器套 管的老化非常严重, 而类似的互感器运 行了20年却没有任何老化现象。此外, 同一座变电站内相同运行年限的不同 变压器上套管的老化程度各异, 这表 明所有变压器复合套管所用的复合绝 缘材料并非完全相同。 有些情况下, 沿套管长度方向的老化一 致 (例如, 沿着伞裙的轴心以及顶部和 底部的老化呈均匀分布)。而在其他情 况下, 伞裙顶部老化严重但底部轻微, 或者是变压器套管朝南面的老化比阴 面严重, 表明了紫外线产生的一些影 响。同时, 变压器套管导线和接地端之 间的表面老化常常没有差异, 表明并非 是电晕放电导致老化。 对老化的套管进行调查 对互感器复合护套老化问题的调查仍 在进行中, 但基于采用傅里叶变换红 外光谱 (FTIR) 和热重 (TG)分析, 以及 研究酸性溶液和紫外射线的影响, 对 老化层的厚度进行了测试, 得出了以 下部分结果: • 老化表层的最大厚度可达250μm; 在典型的运行条件下, 表层发生硅 氧烷的水解降解。该过程与分子量 降低以及导致物理机械性能丧失 相关联, 诸如张力和弹性以及表面 形成非弹性易脆层。虽然降解过程 从表面开始并继续发展, 但套管内 部仍有一定的深度没有受到影响; 经过多年运行后的老化样品的热稳定性在可接受的限度内; 酸性溶液和紫外照射似乎是与老化相关联的因素; 老化可以沿着套管的整个表面发生,这表明, 针对用于制作绝缘子的硅 橡胶材料, 这可能是个别批次材料 的特定成分所产生的影响, 或者是 生产工艺中的微小变化所造成。
综上所述,可以合理地假设,但凡已老 化的套管表面仍未被裂纹破坏,老化达 到一定厚度时将表面保护起来防止进 一步老化。老化套管或者变为亲水性 或者疏水性甚微, 这样的绝缘子通常 被认为已丧失疏水迁移特性(即没有能 力减小表面电导和泄漏电流的活动)。
尽管老化的绝缘子是亲水性的,但如 果有足够的爬电距离,仍然能够提供 所要求的运行性能。检查过程中没有 记录到老化的表面有电蚀和电痕这一 事实证实了这一假设。此外, 在通电 和用电晕相机的检查下将三个老化的 变压器套管湿润, 没有在其表面发现 局部放电和电晕放电。
图2: A型老化示例。 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 Examples of Type A degradation

图2: A型老化示例。

然而, 在套管护套老化层出现自发裂纹 的情况下, 可能会产生大不相同的现象。 由于这一部位聚合物材料的内应力, 任 何裂纹将处于开裂状态, 老化过程会继 续发展。如果表面上大量脱落会发生类 似的状况, 此处相对大面积的新的材料 会暴露在环境条件下。最危险的情况是 裂纹一直扩展至套管的玻璃钢管芯, 导 致水分可能侵入并污染管内的绝缘油或 气体绝缘。这种情况下必须考虑立即采 取措施防止发生进一步老化。
老化类型 对设备性能和可靠性产生潜在影响的 表面老化可以分为两类: A型老化 A型老化没有自发裂纹, 只有绝缘材料 受到外力弯曲时才可见裂纹。 B型老化 B型老化的特点是老化的套管护套表层 有自发裂纹, 以及/或者大面积剥落。 A型老化 不同程度的A型老化如图2所示。 A型老化不会立刻对变压器的运行寿命 和可靠性构成威胁, 因此, 对该类型的 老化形式每4年进行一次检视足以。 B型老化 不同程度的B型老化示例如图3所示。 如图4所示, 将绝缘子套管护套上切下 的有裂纹的硅橡胶样品进行扫描电镜 和能量色散X射线分析(SEM/EDX)。 B型老化对运行性能构成了潜在的风 险, 因此出现该类型老化现象的设备 应该每年检视一次。同时, 研究改善 这种老化套管表面状态的补救措施。
维护检视的结果 目前在CEPS变电站运行的互感器所用 聚合物绝缘子套管是在1991年至2007 年之间制造, 共计检查了300支这样的 套管, 对其中一些反复定期检查以监控 老化的进展。发生老化的绝缘子套管所 占比例如图5所示。 B型老化的套管主要是1993、1995、1999 和2000年生产的。图6按照老化类型, 示出了互感器数量最大的变电站内套 管老化的数量及其分布。 该变电站变压器套管的生产日期及其各 自的老化类型概述如表1所示。
图3: B型老化示例。 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 Examples of Type B degradation1

图3: B型老化示例。

   
图4: 套管护套芯部表面老化的样品。a. 有裂纹的硅橡胶材料样品 b. 有裂纹的硅橡胶样品横切面 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 涂覆RTV硅橡胶涂层恢复老化复合套管的性能 Sample of core surface with degradation

图4: 套管护套芯部表面老化的样品。a. 有裂纹的硅橡胶材料样品 b. 有裂纹的硅橡胶样品横切面

 

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