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由更高的试验要求得到更好的机械性能
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由更高的试验要求得到更好的机械性能

August 7, 2015 • Columns, Scene from China, 最近文章汇总

除了要求较高的安全系数之外, 对其机械性能的担忧也导致 了中国较少的电力部门在耐张 串上使用复合绝缘子。
一般而言,电力部门常常要求对电力设备进行尽 可能多的全面测试以 确保入网设备的性能。 对于电力设备中的绝缘子而言, 复合绝缘子已经被 应用了许多年,它在世界范围内的应用也在呈快速 增长的趋势。虽然到目前为止只有数量很少的复 合绝缘子发生脆性断裂事故, 但其长期机械性能一 直是令人关注的话题。复合绝缘子的芯棒由玻璃 纤维 增强的环氧树脂制成, 是一种典型的复合材 料。芯棒在持续机械应力下的蠕变特性决定了整 支复合绝缘子的蠕变特性,这与瓷和玻璃绝缘子有 明显的区别。 许多电力企业有这样的印象,复合绝缘子随着运行 时间的增长其机械强度逐渐降低,并在许多年后可 能低于设计的额定机械负荷(SML)。这种印象被一 些测试结果所强化了,这些测试针对的是一些经过 了多年运行的绝缘子,它们的机械破坏强度的确有 所降低,质量不好的绝缘子其机械破坏负荷值甚至 低于其额定值。相比之下,许多电力企业认为,瓷或 玻璃绝缘子的长期机械性能稳定性更好,造成了他 们在一定程度上不愿采用复合绝缘子。 譬如在中国,这种看法使大家对复合绝缘子的安全 系数提出了更高的要求。瓷绝缘子典型的机械安全 系数是2.5,而复合绝缘子则被取为2.7 。 一般复合绝缘子被生产厂家设计成与瓷绝缘子具有 相同等级的机械强度。然而,基于上述印象, 在许多 情况下就要求对复合绝缘子使用更高的安全系数, 于是复合绝缘子不得不设计成更高的额定机械强 度。在实际运行要求 160kN 和 210kN 绝缘子的场 合, 对于复合绝缘子则要求增加到 180kN 和 240kN ,增加了生产序列。作为技术鉴定的一部分,制造商 不得不进行额外的设计和型式试验,而这往往意味 着费用和时间上更多的花费。 除了要求较高的安全系数之外, 对其机械性能的担 忧也导致了中国较少的电力部门在耐张串上使用复 合绝缘子。造成这一结果的另一个原因是,瓷绝缘 子的水平悬挂方式使其更容易被雨水清洗从而积污 更少。因此,电力工程师们此时似乎不必关注利用 复合绝缘子优越的污秽特性,而是关心其是否可能 发生脆断。 基于这种状况,为了从设计上确保复合绝缘子的机 械强度在数十年投运后仍高于其 SML,同时也得到 电力企业的认同,有必要重新思考 IEC 61109 要 求的试验方法。这个标准中关于复合绝缘子的蠕 变特性和负荷-时间蠕变试验要求,都是基于实验室 试验和二三十年前使用的接头结构的实验结果来 制定的。在标准中,一分钟平均破坏负荷(Mav)的 标准偏差 ,一般设定为 8% ,蠕变斜率设定为每对
数时间刻度下降 8%Mav。因此,根据 IEC61109- 1992 的规定,三支绝缘子需要分别通过 96 小时的 60%Mav 的耐受 试验。 然而最近几年,压接成型的端部结构成为复合绝缘 子主要的端部结构类型,而且整个压接工艺也得 到了深入的研究。压接成型绝缘子的一分钟平均 破坏负荷(Mav)的标准偏差和蠕变斜率都已有明 显改善。现在,再按照以往的指标来测试正常压接 成型的复合绝缘子, IEC 61109-1992 所提出的机 械强度试验要求似乎偏低了。即一些压接不太好 的复合绝缘子也可以被视为良好的产品而通过试 验。如果这种情况发生,则运行中复合绝缘子机械 强度的分散性将会不断加大。而这恰恰是电力企 业所没打算接受的。
在中国在建的 1000 千伏交流输电线路的新项目 中*,考虑到沿线的污秽环境,设计使用了大量的硅橡 胶复合绝缘子。这些绝缘子 SML 的要求值分别是 210kN, 300kN 和 400kN。有个别甚至要求 500- 550kN。由于特高压线路导线总截面的增大,绝缘 子的额定机械强度要明显高于超高压线路,而且要 求所有这些复合绝缘子必须采用压接式结构。 此外,一个高于之前提到的 IEC 61109 要求的新的 机械性能试验要求已被提出,用于选择特高压线路 的复合绝缘子。制造商可根据这项试验要求,将复 合绝缘子 Mav 的标准偏差和蠕变斜率控制在比较 优化的范围,从而确保用于特高压工程中的绝缘子 具有良好的质量。将这一新的机械性能试验应用到 其他超高压等级的复合绝缘子也很有意义,但这需 要在未来的研究中积累更多的经验。
Professor Liang Xidong

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