复合绝缘子 复合绝缘子运行中的检测技术

01概述

随着电力工业的发展，输电容量迅速增加，电压水平不断提高。110、220、500、750甚至1000 kv都出现并成熟了。电力系统对绝缘子的要求越来越高，新型绝缘子不断涌现。原瓷绝缘子XP系列、玻璃绝缘子LXP系列、现防污瓷绝缘子XWP系列、钢化玻璃绝缘子FC、BC等。，以重量轻、机械强度高、维护工作量小、防污性能好、成本低而逐渐脱颖而出。

复合绝缘子被称为有机复合绝缘子和硅橡胶复合绝缘子

合成绝缘子可分为HXS系列(宝鼎产品)、FXBW系列(温州国公、襄樊、广州、湖北)、FXB系列(山东淄博、上海虹桥、大连电磁厂)、XSH系列(襄樊、湖北)等。

运城的输电线路按电压等级可分为110kv、220kv和500kv。

(本文讨论了线路的杆状悬式复合绝缘子)

复合绝缘子的基本结构是五金件、芯棒和伞裙护套。

芯棒是复合绝缘子承受机械载荷的部分，也是内绝缘的主要部分。复合绝缘子的芯棒材料由树脂增强玻璃纤维制成

伞裙护套是复合绝缘子的外绝缘部分，其作用是使复合绝缘子具有足够的抗湿闪络和污闪的外绝缘性能，保护芯棒不受外界环境影响。伞裙护套一般具有优异的耐污闪、耐漏电痕迹和耐电腐蚀、耐高低温和耐大气老化性能。复合绝缘子优异的耐污闪性能是由伞裙护套提供的，伞裙护套位于芯棒外层，容易损坏，因此伞裙护套也是我们保护和研究的重点。

芯棒和护套通过中间的粘接层连接在一起，粘接不好就成为内绝缘的薄弱环节。

五金件是复合绝缘子机械载荷的连接部分，与芯轴组装形成复合绝缘子传递机械载荷的连接件。

02复合绝缘子的优点

复合绝缘子在结构和材料上与瓷或玻璃绝缘子完全不同。表现也大不相同，主要有以下几点:

2.1高强度和轻质

接触过复合绝缘子的人都知道，复合绝缘子的重量很轻，只有瓷绝缘子的1/5，但绝缘子的周向抗拉强度很高，一般在6000mpa以上，这一优势在线路工人中很受欢迎，可以大大降低施工和抢修时的劳动强度。

2.2无零值

复合绝缘子属于杆状绝缘结构，其伞裙为硅橡胶有机聚合物结构，内外极距基本相同，内部绝缘一般不会发生击穿，无需零值检测。

2.3高污染雷电压力

复合绝缘子伞裙护套是一种表面能极低、疏水性强的有机聚合物结构。亲水性或疏水性是固体材料的表面性质。水在疏水固体表面形成分离的水滴或水滴状态。常见的荷叶表面是自然界中典型的强疏水性表面，其上的水呈圆形水滴状。然而，水在亲水表面上形成连续的水膜或片，例如水在陶瓷或玻璃表面上的状态。但不能形成连续的水膜，所以漏电流小，很难沿表面形成局部电弧和闪络。所以污染闪电压力高。

2.4简单操作和维护

污闪性能高，无需清理污染，不需要零值检测，维护工作量大大减少

03复合绝缘子技术数据

我国的合成绝缘子主要由我前面介绍的四个系列组成。下面我来介绍四个系列的合成绝缘子:

3.1HXS系列

本系列主要由华北电力集团有限公司保定修理厂生产，型号H X S 2-110/70 (100)的含义:

h-代表复合绝缘子。

x-表示悬挂类型。

S—表示实心(棒状)

2-表示设计序列号

110-表示额定电压水平，

70—表示额定机械负荷(千牛)

其总泄漏距离为242厘米，结构为大小伞式结构

h x s 2-220/160 (100)其他型号泄漏距离为484cm，结构为大小伞结构。h x s 2-500/160 (180)泄漏距离1100cm，结构为大小伞结构。

3.2FXBW系列

这个系列主要是温州国工工业和广州襄樊生产的。FXB W 3-110/70型的含义:

FXB——代表杆状悬式复合绝缘子；

w-表示伞的大小(等径不表示)；

3-表示设计序列号，1和2表示爬电距离为20毫米/千伏，3和4表示爬电距离为25毫米/千伏。

3.3XSH系列

该系列主要产于湖北襄樊。xsh-70/110b型的含义:

XSH—代表悬浮固体复合绝缘子系列；

70—指额定机械载荷(千牛)；

110—指额定电压(千伏)；

b-表示结构类型。

3.4FXB系列

主要有辽宁的大连，山东的淄博，湖北的襄樊，上海的虹桥，也是我们用的最多的合成绝缘子。FXB-110/70型的意思是:

FXB——代表杆状悬式复合绝缘子；

70—指额定机械载荷(千牛)；

110—指额定电压(千伏)；

我区这四家工厂共有13416个绝缘子。具体复合绝缘子参数见附件中的详细清单。

合成绝缘子常规绝缘子的运行、维护和检修

复合绝缘子以其重量轻、强度高、抗污闪能力强、制造和维护方便等优点在电力系统中得到广泛应用。，打破了陶瓷和玻璃绝缘子的长期统治地位。据不完全统计，我国电网运行的合成绝缘子总数约为200万个。就复合绝缘子的使用数量而言，中国已成为仅次于美国的第二大国家。然而，随着运行时间和运行次数的增加，复合绝缘子故障信息逐渐增多。据不完全统计，截至1998年，广东、华东、华北地区共发生15起接口击穿事故和23起污闪事故。显然，在改进配方和制造工艺、提高合成绝缘子质量的同时，开展合成绝缘子检测技术的针对性研究，对于电网的安全运行具有重要意义。目前运行中的长完整绝缘子检测技术主要包括:

4.1直接观察法

目前合成绝缘子外部物理缺陷最常用的方法是直接观察法，即用双筒望远镜观察塔下是否有裂纹、电蚀、粉化、漏电痕迹等。常见的表面缺陷，如护套、伞裙、配件等。如有上述现象，应立即更换绝缘。但地面观测不够可靠，难以发现树状通道等内部绝缘故障。

具体观察如下:

1)在雨、雾、露等天气条件下，观察复合绝缘子表面的局部放电

2)端部配件连接部位是否有明显的滑动和附件电蚀。

4.2紫外成像方法

小而稳定的表面局部放电会导致复合绝缘子伞裙和护套的碳化通道或电蚀。当绝缘子表面形成碳化通道时，其使用寿命会大大降低，甚至会在短时间内击穿。电子紫外光损伤控制仪可用于检测复合绝缘子表面局部放电引起的碳化通道和电蚀损失。原理是带电粒子在局部放电过程中复合时会发出紫外线，在绝缘子表面形成导电碳化通道时，局部放电加剧。这种方法的缺点是需要在夜间和正温度环境下操作。此外，要求检测过程中发生局部放电，这就要求检测应在湿度大、降雨均匀的环境中进行。但是检测结果容易受到观察程度的影响，检测设备也比较昂贵。

在合成绝缘子技术交流会上只听了成都合成绝缘子研究所的介绍，没有用过，需要进一步了解

4.3紫外成像方法

红外成像法可以检测漏电流流过绝缘材料时局部放电、介质损耗或电阻损耗引起的边缘局部温升，可用于线路检测。广电集团佛山供电分公司对大量运行中的合成绝缘子进行了红外热像测温普查。结果表明，硅橡胶从过热点到绝缘子高压端表面明显发黑、粉化、变脆，憎水性基本丧失，部分出现许多小裂纹甚至严重损坏；从热点到高压端，无法承受工频耐压试验或陡波冲击试验，可见热点是内绝缘价格面局部放电进展的位置。红外成像法的缺点是仪器成本高，测量容易受到阳光、强风、湿气、环境温度以及一些能引起绝缘子表面温度快速变化的因素的影响。也影响其应用。

我的工作区域也有红外热像仪，我也用它检测过合成绝缘子，但是结果并不理想。

4.4超声波方法

清华大学开展了复合绝缘子芯棒裂纹超声波检测研究。超声波检测的实现是基于超声波从一种介质传播到另一种介质时，会在两种介质的界面发生反射、折射和模式改变的原理。超声波发生器将初始脉冲送入绝缘体介质，当绝缘体中缺陷波的大小和位置发生变化时，就可以判断出绝缘体中的缺陷情况。复合绝缘子机械缺陷超声波检测具有操作简单、安全可靠、抗干扰能力强等优点。但由于耦合、衰减、超声换能器性能等问题，在远距离遥测方面一直没有重大突破，不适合现场检测，主要用于企业生产的在线检测和实验室鉴定。

4.5电场分布方法

复合绝缘子中有多种界面。目前认为，复合绝缘子最易发生、最危险的故障是沿芯棒与护套界面发展的电化学碳印或复合绝缘子金属端密封不良导致的芯棒内部缺陷。陡波试验可以检测复合绝缘子的内部绝缘缺陷，但这种方法不能实现在线检测。

电场分布法可以在线检测复合绝缘子的内部绝缘缺陷，该方法使用的仪器相对简单，对天气等外部环境要求很低。在运行的复合绝缘子中，电场强度和电势沿绝缘轴向的曲线在正常情况下是平滑的。当绝缘子有导电缺陷时，电位变为常数，因此其电场强度会突然降低，电场分布曲线不再平滑。反而会在对应的位置扭曲，中间下沉，两端上升。因此，测量复合绝缘子串的轴向电场分布可以发现绝缘子内部绝缘连续性故障。

2004年，我工区购置了DL-1型复合绝缘子带电检测仪，用于110千伏及以上输电线路复合绝缘子绝缘状况的带电检测，可识别复合绝缘子内部绝缘导电缺陷。

4.5.1仪器介绍

该仪器由电场测量探头、支架和连接手柄组成。电场测量探头是一个矩形金属盒，内置测量和存储电场数据的电路。支架由绝缘材料制成，用于固定电场探头和连接手柄。连接手柄是一个金属件，用螺钉固定在支架中间，用于连接带电操作的绝缘棒。详见图1。

电场测量探头的正面设有电源开关、红色电源指示灯、按钮、绿色操作指示灯和串行通信接口。背面有光电池光路窗。详见图1。

图1探测器的组成

现场检查见图3。

图3探测器的应用示例

4.5.2.缺陷鉴别方法

1)良好复合绝缘子周围的电场沿绝缘子轴向呈平滑的“u”形分布。场强在离接地侧约1/4处最小，向接地侧略微增加，向导体侧迅速增加。参见图4。

2)导体侧有导电缺陷的复合绝缘子电场分割在缺陷部位突然下降。曲线的最大值对应于缺陷的末端(场强强的地方)。参见图5

图5导体侧有导电缺陷的复合绝缘子电场分布曲线

3)中部有导电缺陷的复合绝缘子电场在缺陷部位突然波动。

波动位置的最小值对应于缺陷的中间部分(场强较弱的地方)。参见图6

图6中间有导电缺陷的复合绝缘子电场分布曲线

4.5.3疏水检测方法

目前，瑞典传输研究所提出的水雾分类方法是最适合现场疏水性测量的方法。该方法将复合绝缘子表面的憎水性分为7个等级，并给出了分类标准和标准图片。HC-1和HC-7水平分别对应于最强和最差的疏水性(即完全亲水性)。试验中，用普通喷壶将水雾喷洒在样品表面，观察水在样品表面的分布情况，通过分类标准与标准图片对比，得出绝缘子表面的憎水性。

水射流分类方法的缺陷在于它严重依赖于人的主面判断。近年来，数码相机技术和计算机数字图像处理技术的发展为人们更加客观、准确地评价复合绝缘子表面的憎水性提供了一种新的途径。瑞典研究人员采用喷水分级法测量了人工模拟老化的复合绝缘子样品的憎水性等级，并拍摄了喷水后绝缘表面的数字灰度图像。利用计算机图像处理技术，从大量数字灰度图像中提取出函数值与HC等级呈单调关系的数学函数(称为疏水指示函数)。因此，绝缘子的憎水等级可以通过憎水指示函数来获得。这也是绝缘子领域正在进行的研究项目，据说取得了一定的成果。

具体疏水性分类见图:

具体操作方法:

喷壶的喷头为25厘米，每秒喷水一次，共喷水25次，喷水方向尽量垂直于样品表面。疏水分级值(HC)应在喷水速度后30秒内测量。因为疏水指示函数公式还没有出来，目前HC值主要是由表面水滴状态的描述决定的，其标准是:

HC1:仅分离的水滴

HC2:只有分离的水滴，但是水滴更大

HC3:只有分开的水滴，比较大，不再圆

HC4:共存的水滴和水带。全湿水带面积小于2平方公里，总面积小于实测面积的90%。

HC5:完全浸湿面积大于2平方厘米，总面积小于测量面积的90%

HC6:完全湿润面积占实测面积的90%以上，仍有少量干燥面积

HC7:整个测量区域形成一个连续的水膜

4.5.4泄漏电流测量方法

漏电流测量方法基于漏电流沿表面形成的原理。泄漏电流通过一个漏极卡或一个电流传感器在绝缘子的接地侧进行在线实时测量。信号处理单元用于计算一段时间内泄漏电流的各种统计值(如峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数)。数据通过无线传输和有线传输相结合的方式传输到数据中心站。利用专家知识和自学习算法对上述三种知识进行综合分析，评价绝缘子的污染状况。

对于复合绝缘子来说，由于其特殊的疏水性和疏水性迁移，在绝缘子潮湿的任何时刻，只有全部污染中已经溶解但没有流失的那一部分才能参与传导，这就是所谓的“有效污染”。因此，合成绝缘子的表面漏电流与有效污秽程度和憎水性有关。此外，绝缘子的泄漏电流与电压等级、绝缘子型号、绝缘子数量、环境温度、湿度等因素有关。这种方法的研究和应用仍有争议。我们区1999年也用过，但是一直不成功。现在已经退出运营。

05结论

目前，检测技术在复合绝缘子运行中的主要应用是通过电场分布法和憎水性检测法可以基本保证复合绝缘子的安全性，配合复合绝缘子的机械和电气性能的随机检查，实现复合绝缘子的安全运行。

复合绝缘子因其优良的特性在绝缘领域迅速普及。但是，随着普及，不断研究运维监管手段是迫切的要求。电网需要一个各方面性能都很好，运行维护手段简单的绝缘子，复合绝缘子就起到了这个作用。