绝缘性能（共8篇）
绝缘性能 篇1
0 引言
硅橡胶合成绝缘子具有重量轻、机械强度高、优异的电化学性能等优点,并有憎水性和憎水迁移性、恢复性等独一无二的优越性,使其打破了瓷绝缘子在线路领域内近百年的统治地位,成为电力系统使用较多的绝缘子产品。
与瓷和玻璃等无机材料相比,合成绝缘子的外绝缘材料HTV硅橡胶材料分子中各元素通过共价键结合,元素间的键和力比较弱,并且材料内部存在大量的碳氢化学键。因此,在表面放电、紫外线、温度等因素作用下,使得HTV硅橡胶的大分子链较易断裂,从而引起材料内部结构的改变[1,2,3,4]。另外,合成绝缘子长期在大气环境中运行,不可避免地承受日照、高湿、温差及空气中有害物质等大气环境因素引起的老化以及绝缘子表面放电引起的电老化。绝缘子外绝缘材料的老化会影响绝缘子正常稳定运行,甚至影响电力系统的正常稳定运行。因此,对其外绝缘材料HTV硅橡胶的老化性能进行研究,是十分必要的[5,6,7]。
本文通过自行搭建的老化试验系统对HTV硅橡胶进行电晕及紫外老化,从憎水性、硬度、表面形态等方面对材料老化进行评估。
1 试验装置及测试评定方法
1.1 试样制备
试样采用HTV硅橡胶材料。由保定电力修造厂制备,其配方按传统工艺配制。试样制备尺寸为40mm×40 mm×1.5 mm(长×宽×厚)。试样表面光滑,根据DL/T 810-2002[8]进行预处理,先将试样置于无水乙醇清洗表面,然后用去离子水(或蒸馏水)冲洗,干燥后置于防尘容器内,在实验室标准环境下保存24 h后备用。
1.2 性能测试
本文采用静态接触角法测量和评价硅橡胶的憎水性。采用美国科诺工业有限公司SL200A/B动/静态接触角测量仪及其配套的分析软件对HTV硅橡胶材料的憎水性进行测量,接触角测量范围为25°～140°时,测量误差为±1°。采用北京时代之峰科技有限公司TH200邵式A硬度计对试品进行硬度测量,测量范围为0～100 HA。当硬度值在20～90 HA范围内时,测量误差≤±1 HA,分辨率为0.2 HA。使用北京中科科仪KYKY-2800B型数字化扫描电子显微镜对硅橡胶表面进行微观分析。
1.3 电晕试验装置
电晕试验装置图见图1。交流电压通过调压器和变压器调节产生,频率50 Hz,针电极通过保护电阻R接高压端,板电极通过测量电阻R1连接到低压接地端。当电晕发生时,电阻R1内会有脉冲电流流过,由此可得出电晕起始电压Us。通过示波器可以监测流过试品的电流变化。电极系统采用针-板电极以模拟现场中的尖端电晕放电。针电极为高压电极,长40 mm,针尖曲率半径为0.5 mm。板电极为低压电极,直径为40 mm。针、板电极材料为铜,中心相对,将试品放置于板电极上进行加压电晕试验。针电极、板电极分别嵌入由绝缘杆支撑的环氧玻璃布材料的绝缘板内。把电极系统放入老化试验箱内(见图2),以便对试验环境的温度、湿度进行调节。
1.4 紫外老化试验装置
紫外老化用氙灯作为辐照老化光源,对HTV硅橡胶进行辐照老化,因为氙灯光源经过适当滤波后的光谱和实际太阳光谱最为接近。采用北京利辉公司生产的SN-66氙灯老化箱对试片进行老化,温度范围为RT+10～70℃,波动度±1℃,湿度范围为50%～98%,波动度为+2%～-3%R.H。采用2.5 kW的风冷型氙灯管,用石英玻璃罩进行过滤,氙灯辐射强度为50～550 W/m2,光谱波长范围为300～780 nm。
本试验紫外辐射强度设为500 W/m2,黑板温度为65℃。把HTV硅橡胶的试片放入氙灯老化箱内,辐照1 000 h,定期取出进行憎水性、硬度及SEM测试。
2 试验结果与讨论
2.1 交流电晕后HTV硅橡胶憎水性能
电晕试验温度为18±2℃,相对湿度为25%～30%。针电极到试样表面距离为1 mm,调节调压器,观察示波器上电流变化得到电晕起始电压约为3 kV。本试验中施加6 kV,50 Hz的交流电压对试品进行加压。不同时间取出试片进行憎水性测试。
如图3所示,随着电晕时间的增加,试品表面的静态接触角逐渐变小。开始时静态接触角为106.42°,电晕60 min后下降到10°左右,以后基本不变。由此可见,经过交流电晕作用后,HTV硅橡胶表面憎水性的丧失是一个渐进的过程。
为了观察无放电、仅有电场作用时试品表面的憎水性变化,对试品施加2 kV(低于电晕起始电压)电压进行试验。从图4中可以看出,在2 kV电压作用下,试品表面静态接触角基本无变化。
2.2 氙灯辐射后HTV硅橡胶性能变化
对HTV硅橡胶试片进行1 000 h的氙灯老化试验,每24 h取出3片进行憎水性及硬度的测试,取其平均值作为该试片该时刻的值。从图5、图6可以看出,氙灯老化对材料憎水性的影响不大,而硬度随着老化时间的增加有增大的趋势。
对材料进行扫描电镜测试分析。与初始材料相比(见图7(a)),紫外老化1 000 h后(见图7(b))材料表面变得凹凸不平,粗糙度变大,有填充物外露的趋势。
2.3 讨论
硅橡胶的主要组成为聚二甲基硅氧烷(Polydimethyl-siloxane,PDMS),PDMS的分子结构[9]如图8所示。
硅橡胶优异的憎水性主要因为非极性的甲基基团紧密排列在硅氧主链两侧且向表面取向,屏蔽掉SiC键的强极性作用[10]。电晕放电产生的带电粒子的能量可以破坏硅橡胶材料分子结构,使硅橡胶发生裂解和氧化,硅橡胶分子中的Si-O键、Si-C键和C-H键的相对强度均随着电晕老化时间的增加呈下降趋势,造成硅橡胶材料憎水性下降。
当用氙灯辐射对硅橡胶试片进行老化时,由于氙灯光谱集中在可见光区,可见光光子能量范围约为158～309 kJ/mol,能量不足以切断Si-O键、C-H键和O-H键。非极性的甲基基团未被破坏,所以试片表面憎水性基本不变。但部分Si-C键有可能被切断,造成试样中的Si有析出趋势,表面变得粗糙,凹凸不平。另外Si-C键被切断后,会发生交联反应,使得硅橡胶表面强度提高,弹性和韧性下降,导致硬度下降。
3 结语
本文对硅橡胶合成绝缘子外绝缘材料进行短时电晕及紫外老化试验。试验结果表明,紫外辐射对材料表面的憎水性影响不大,HTV硅橡胶表面憎水性的逐渐丧失主要是由电晕放电引起。而紫外老化会使硅橡胶材料硬度变大,材料表面变粗糙。因此,合成绝缘子材料配方筛选及长年限绝缘子运行性能检测时应加强交流电晕放电以及紫外老化影响的评估。
参考文献
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绝缘性能 篇2
【关键词】建筑行业；矿物绝缘电缆；性能；应用
随着建筑用电缆的负荷越来越大，建筑电气施工对所用电缆的性能要求也越来越多，很多电缆生产企业为了满足市场需求，都在不断的研发新型电缆，以实现高质量高性能的新型建筑用电缆。目前已经有各种阻燃电缆与耐火电缆被研发应用，在一定程度上改善了电缆的使用性能，但这些电缆在实际的应用中却仍然存在诸多问题，如价格过高等，因而目前我国的建筑用电缆依然是使用的普通阻燃耐火电缆。而普通电缆在使用中一旦发生事故，就会使电缆着火并释放大量的毒烟，给建筑内人员逃生造成不利环境。为了能够有效解决这些问题，必须要研发一种具有良好性能的电缆作为建筑的主要线路电缆，就目前的技术来讲，矿物绝缘电缆是性能最佳的一种建筑用电缆，以下本文就对其性能与实际应用情况进行分析。
1.建筑用矿物绝缘电缆的性能及优点
由于矿物绝缘电缆是以矿物氧化镁为主要的绝缘体材料，而氧化镁又是一种不可燃烧的物质，且在遇到高温时不会产生毒烟或其他有害物质，因此以氧化镁作为铜芯、铜护套的绝缘体的电缆具备较好的性能和诸多优点，具体如下所示：
1.1绝缘性高
在一般情况下，只要电缆湿度控制在0.4%以下时，氧化镁绝缘电阻的绝缘性要比普通绝缘材料高出许多，因而使得矿物绝缘电缆具备了较高的绝缘性。
1.2耐热性能良好
在高温时，无论是线芯或者是铜护套均不产生氧化。由于电缆绝缘内的含氧量很低，线芯氧化并不严重。但电缆护套因暴露在空气介质中而剧烈的氧化，温度越高氧化就越严重。当电缆铜护套的温度超过250℃时，便开始发生急剧氧化，形成氧化层CuO，使护套厚度减薄。电缆在250℃时，护套厚度减薄0.25mm，一般要经过240年左右的时间，而在1000℃时，则只需2.87h，所以允许正常工作温度必须在250℃及以下，当铜护套厚度为0.5mm时，在1000℃高温下可使用6.79h。
1.3 允许载流量大
由于氧化镁材料具有较高的导热系数和耐过载能力，使防火电缆可以承受高密度电流，尤其是小截面电缆。矿物绝缘电缆载流量采用英国电机工程师学会所有定的计算后的修正值，对于同截面的电缆而言，防火电缆比其它类型的电缆传送的电流要大。根据比较，小规格的电缆载流量提高30%左右，大规格的电缆提高10%左右。同时，过载能力强，也是其它电缆无法比拟的。
1.4 机械性能
防火电缆具有极好的机械性能，并能具有经受较大的变形后仍能保持本身的工作性能的特性。
1.5 防火特性佳
从我国建筑发生电气火灾事故的原因调查分析可以发现，引起电气火灾事故的原因大都是因为电缆负荷过大或短路导致电缆自燃，或者因为外界火源接触到电缆而引起的电缆燃烧。无论是哪种情况，都是因为电缆自身的防火性能不佳而引起的。而矿物绝缘电缆则不会轻易出现自燃或燃烧现象，这是因为矿物绝缘电缆是以氧化镁为绝缘体的，而氧化镁的熔点高达2800℃，很难轻易燃烧，因而矿物绝缘电缆的防火性能极佳。经试验表明，矿物绝缘电缆在温度高达800℃ -900℃的火焰中烧2h，电缆一直能正常运行；在1000℃的火焰下燃烧30 min，电缆仍完好无损，继续正常运行。这就表明了矿物绝缘电缆已完全达到电气和建筑防火安全规程的要求。
1.6耐腐蚀性和耐辐射性好
由于铜护套具有较好的耐腐蚀性能，一般情况下，无需加防护措施。当电缆应用于化学腐蚀（如酸、碱）较严重的场合或工业污染严重的地点时，宜选用加PVC护套的防火电缆。另外，铜护套具有屏蔽层的功能，因而也具有耐辐射性。
1.7使用期限较长，且更加安全可靠
由于矿物绝缘电缆的结构组成是铜芯与绝缘护套组成，是一个密闭的整体，因而材料很难被外界空气中的氧气作用而发生老化现象，这就使得电缆的整体使用寿命更长，再加上铜护套的自身特性，使得电缆的接地性更好，因此有效实现了防雷接地措施，从而确保电气线路运行的安全可靠。
1.8性价比较高
与普通的电缆相比，矿物绝缘电缆的单价相对较高，一般会高出2-3倍，比其他具有防火性能或阻燃性能的电缆也要高出1倍左右。但若从性价比的角度来看，矿物绝缘电缆的性价比是非常高的，因而其价格实际上并不算高，尤其是当前矿物绝缘电缆的价格已经在不断下调，更是进一步增大了其性价比。
2.矿物绝缘电缆在建筑中的应用范围与应用方法
在实际的建筑电气工程施工中，采用矿物绝缘电缆作为建筑的主要电缆对于提高建筑的整体电气工程施工质量是有着很大帮助的。目前在很多建筑的电气施工中，都大量采用了矿物绝缘电缆，取得了较好的应用效果。
2.1 应用范围
（1）需确保人身和财产安全的场所。如高层建筑、历史性建筑、博物馆、大型旅馆、医院、影剧院、百货商场等。
（2）高温或火灾危险区域。船舶、机场、炼油厂、煤气厂、油库、核电站、发电厂、钢铁厂和化工厂等。
（3）重要的公用设施。如广播通信大楼、地球卫星地面接收站、多层停车场、公用照明、地铁、隧道、矿井等。
2.2 应用中的注意要点
（1）选用型号及规格。目前，应用最广泛的是7芯以下的防火电缆，国外已生产出19芯的电缆，1.4芯大部分用作电力系统，7芯以上的电缆用作控制系统，单芯电缆的最大截面已到400mm，24芯电缆已到25-。如果需要更大截面或更多回路时，可根据情况平行敷设多根电缆。一般使用场合选用裸电缆，在化工厂或污染严重的地区应选用带PVC外护套的电缆。
（2）工作温度的确定。在设计时，国际电工委员会建议，在正常情况下防火电缆的长期使用温度为90℃，这主要考虑到终端密封材料的温度限制以及电缆线路在高温工作时的电压降和功率损耗。在特殊情况下，不带聚乙烯护套的电缆允许在250℃及其以下高温状态连续工作。在事故或火灾等情况下，电缆可在更高温度下持续工作，直至铜的熔点（1083℃）温度为止。但在这种情况下，电缆的电气参数将会改变，绝缘电阻下降，损耗增大。
（3）截面的选择及其经济性。在负荷相同的情况下，防火电缆选择的导体截面可比聚氯乙绝缘和护套型电缆等低一档以下。因此，防火电缆的外径比普通铠装型电缆外径要小得多，重量也轻。由此可见，防火电缆不但在阻燃、耐火特性上，而且在外径尺寸和重量上都优越于其它电缆，从而可减少电缆沟或电缆桥架的尺寸，使工程总投入的费用减少。
（4）防火电缆的敷设与安装。防火电缆配有专门的永久性终端，采购方便，现场敷设和安装时生产厂家派员工到施工现场负责免费技术指导，终端包括中间联接器和终端头，以确保电缆在使用过程中可靠的联接与密封。电缆的敷设和安装并不是很困难，所有安装工序均可现场操作。电缆在出厂试验之前，已经进行退火处理，电缆不是很硬，用手可以弯曲，在木锤垫上木板可以很容易的将电缆矫直。安装中间联接器和终端头可用专用安装工具，生产厂家均可配套供应。
3.结语
综上所述，防火电缆具有其它电缆不可比拟的阻燃和耐火特性，是消防系统用最佳电缆，可替代耐火电缆在建筑工程中广泛使用，并能够达到良好的电气工程施工效果。
【参考文献】
[1]邢本仁.矿物绝缘电缆的特点及其用途[J].电线电缆，1985，（01）.
高压电气设备绝缘性能在线监测 篇3
1 高压电气设备绝缘性能在线监测技术的发展
绝缘性在线监测技术从70年代就已经存在了, 伴随着绝缘性在线监测技术的不断发展, 已经出现了很多不同的监测方法, 以前是运用传感器以及数据采集系统进行在线监测的, 但是速度相对来说是非常慢的, 而且效果不是特别的好。近几年, 它的发展是极为快速的, 随着芯片的出现, 它可以直接与计算机相互连接, 然后利用计算机进行在线监测, 这种监测技术效率高, 还可以对一些参照数据进行打印和审核以及数据的远传和越线报警等, 从本质上已经实现了变电站电气设备监测的自动化, 目前在电力系统设备中还是被广泛的运用, 一直都在发挥着巨大的作用。
2 电气设备绝缘性能在线监测基本原理
在目前变电站的绝缘性能监测中普遍采用的还是以氧化锌避雷器来进行绝缘的, 但是不再是用串联间隙的方式, MOA在运行过程中难免会有一些漏电, 然而漏电的电流通过了阀片, 就一定会加快阀片的老化, 通过在线监测数据处理算法就会能够及时的了解电流情况, 通过电流就可以看出MOA的现在绝缘状况, 如果在监控中已经发展MOA已经严重的老化和漏电, 那么就要及时对这些存在的隐患进行尽快的修复和维护。如果当阀片老化了以后, 避雷器受潮, 内部绝缘件就会受到严重的影响, 这样容性电流的变化就不是很多, 对电流的阻性反而大大的增加。所以一定要预防氧化锌避雷器在运行中漏电的情况, 及时的掌握绝缘方面的信息。
3 高压电气设备绝缘性能在线监测的应用案例
在变电站已经安装了一套在线监测装置, 在高压设备绝缘状态的选择中已经选用了一定的变压器套管, 电容式电压互感器, 以及电流互感器, 还有氧化锌避雷器以这些设备来作为主要被测的设备, 其中避雷器测量泄露全电流以及其容性和阻性分量, 变电压套管, 电容式电压互感器, 电流互感器测量其漏电流和介质损耗相对变化量, 铁心检测漏泄电流, 同时检测和记录现场的温度, 根据以上问题来对运行情况进行一定的分析和探讨。
比如在直流耐压试验中, 在对试验的电压选取时, 要根据绝缘的工频交流耐压试验电压和交直流击穿强度的比例进行选取。发电机定子绕组应当以2-2.5倍额定电压为准;而对于10KV的电缆, 则需要选择5-6倍的额定电压;对20-35KV的电缆则应当选择4-5倍额定电压;35KV以上的电缆则应当选择3倍额定电压。当进行直流耐压试验时, 使电流持续5分钟, 则可以通过电流数据来判断其存在的缺陷。由此也可以判断出, 直流比交直流耐压性更强大。
实行绝缘在线监测系统中是分为三个部分的, 第一部分是关于信号采集, 第二部分是关于前台处理, 而第三部分是为远程数据分析的。还有传输系统的, 前台处理系统坏死通过工业总线控制的, 它是以多种形式显示的, 是由内部局域网对远程数据进行分析和传输的, 可以诊断软件通过远程下载变电站当前、以及历史数据, 并可接入某个地区超高压公司的系统当中, 然后协助有关专业人员作出管理和分析。在传感器方面是分为绝缘信号传感器还有电压信号传感器的。在传感器的问题上, 一定要准确的选择和应用, 容易受温度和压力等外界环境影响的稳定性比较差的, 是影响系统精度还有系统稳定性的重要原因, 电磁的烦扰情况, 因为电气设备处在电场非常强的环境中, 一定会给数字采集系统带来一定的影响和状况, 所以要控制电磁的干扰, 在设备问题中, 在目前的电气设备中有很多还没有实行和运用在线监测, 因为缺少设备不足的现象存在, 所以无法全方位的实行绝缘监测。
4 高压电气设备绝缘性能在线监测数据处理算法功能及特点
4.1 必须拥有多种多样测试功能, 这样可以对电容型设备和一
些电容量进行及时的检查和测试, 还可以通过对比来测试氧化锌避雷器的电流参数。
4.2 在设计中一定要设置一定的高功率的电流传感器, 然后采
用特别的自检技术, 自行的对传感器进行自动的校验和检查, 然后通过在外部连接的一些电阻所测量的参数, 从而实现对电压信号的测量。
4.3 电流的传感器一定要采用穿透的结构, 阻抗外力的能力一
定要强, 能够承受一定量的电流。的冲击, 从而满足可以实行在线监测和分析。
4.4 提供至少两种以上的在线检测方法, 这样可以同时对几个不同的电容形设备进行监测和对比, 从而来实现监测的目的。
4.5 完善一定的电磁干扰措施, 掌握一定的数字处理方法, 只有
保持这样的方式和方法, 才能够保证测试的结果和参数不被干扰, 才能够保证参数的准确性和真实性。
4.6 必须提供两种以上的电阻监测方法, 保持一定的电阻监测
方法, 才能够在数据传播过程中进行更好的测试和监测, 能够准确测量MOA的全电流、容性电流、阻性电流及其基波与三次谐波分量等多种参数。
4.7 运用先进的数字化处理方法, 来完成避雷器容性电流的补
偿, 很在很大程度上降低了MOA端电压谐波分量对阻性电流峰值测试结果的影响。
4.8 具有互相干扰自行补充能力, 在电场测试中要遵行一定的
规则, “一”字形排列避雷器, 可正确测得两个边相的阻性电流及其基波分量的峰值。
4.9 补充自我校验功能和高效率高精度电流传感器, 为了能够确保测试结果真实可靠, 检测精度基本不受环境温度变化的影响。
4.1 0 采用方便携带的方式进行操作, 必须让操作简单化, 合理
化, 能够让机器可以在电池的帮助下可以完成长时间的工作。从而来满足现场监测和维护的工作。
5 结束语
为了能够让变电站电气设备绝缘性能在线监测数据处理法更好的运用和实行, 保证我们的供电安全性以及可靠性, 我们通过一些科学合理的办法, 来对我们的电气设备运行进行有效的监测和控制, 希望这种方式能够得到更快的发展, 在我们今后的电气设备运行中多做贡献。
摘要：高压电气设备在电网中运行时, 如果其内部存在因制造不良、老化以及外力破坏造成的绝缘缺陷, 会发生影响设备和电网安全运行的绝缘事故。因此, 在设备投运后, 传统的做法是定期停电进行预防性试验和检修, 以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷, 防止发生绝缘事故。文章论述了高压电气设备绝缘性能在线监测技术的发展, 电气设备绝缘性能在线监测基本原理等, 最后指出了高压电气设备绝缘性能在线监测数据处理算法功能及特点。
关键词：变电站,绝缘性能,在线监测,数据处理
参考文献
[1]《Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程》.中国南方电网有限责任公司发布.[1]《Q/CSG10007-2004电力设备预防性试验规程》.中国南方电网有限责任公司发布.
[2]严璋.电气绝缘在线监测技术[M].北京电力出版社, 1995.[2]严璋.电气绝缘在线监测技术[M].北京电力出版社, 1995.
绝缘性能 篇4
1 抽检及试验概况
对广州电网架空线路中部分复合绝缘子的抽检概况如下。
1)被抽检的绝缘子概况。
被抽检的复合绝缘子均为整体注射、压接式结构,生产厂家共有两家,其中厂家A共38支复合绝缘子,厂家B共9支复合绝缘子。5条线路的抽检中线路5抽检的复合绝缘子最多,为28支。
2)试验概况。
对参加抽检的复合绝缘子分别进行了外观检查、憎水性测试、工频干耐受电压试验、水煮试验后陡波试验、水煮后工频耐受电压试验、50%额定机械负荷耐受试验、密封性能试验及机械破坏性试验共8项试验。
2 复合绝缘子材料性能试验
2.1 外观检查
复合绝缘子的外观检查的试验依据为GB/T19519-2004《标称电压高于1 000 V的交流架空线路用复合绝缘子——定义试验方式及验收准则》(以下简称《定义试验方式及验收准则》)。外观检查因检查人员的经验、水平等限制,使得检查结果受人为因素影响较大,导致其准确性在一定程度上得不到有效保证。但外观检查仍是检验复合绝缘子性能老化情况最基本、最简单、最直观的方法,因此本文仍对复合绝缘子进行外观检查。
外观检查结果表明,线路5的部分复合绝缘子已出现明显损坏和老化现象,其中39～41号复合绝缘子出现多处伞裙损坏,且低压端第一伞裙存在疑似的鸟啄痕迹,42～47号复合绝缘子其伞裙表面严重老化,进行对折试验时伞裙均断裂。
2.2 憎水性测试
因复合绝缘子硅橡胶材料具有较好的憎水性及憎水迁移性,即使在湿润的天气,其表面水分仍不易形成连续的水膜,使复合绝缘子具有较高的污闪电压及较强的耐污闪能力。然而,在电气及环境应力的联合作用下,伞裙表面的干带可造成硅橡胶材料的电气破坏,可能会导致复合绝缘子憎水性能的丧失,因此分析伞裙的憎水性能对分析复合绝缘子的污闪性能具有一定的指导意义[10,11]。本文在考核复合绝缘子憎水性能时,试验依据为DL/T864-2004《标称电压高于1 000 V的交流架空线路用复合绝缘子使用导则》(以下简称《复合绝缘子使用导则》),采用瑞典输电研究所1992年提出的喷水分级法(HC法),即分为HC1～HC4这4级标准,等级越高憎水性越差。
使用喷水分级法对抽检复合绝缘子的高/中/低压端进行憎水性能测试。从憎水性测试结果发现1～41号复合绝缘子憎水性能均在HC3以下,且一般低压端的憎水性能最好,中压端次之,高压端最差,且低压端与高压端的憎水性能相差不超过一级。这主要与复合绝缘子所受的电场分布和外界环境有关,一般来说,高压端的电场最强且其更易受到污秽的沉积影响,致使复合绝缘子高压端的高分子材料更易受到破坏而发生分解老化。同时试验结果表明,42～47号复合绝缘子的憎水性等级可达HC3～HC4,其绝缘子的伞裙表面已存在明显的分离水珠与水带,由于水带的存在,可导致绝缘子的导电电阻严重减小,从而导致绝缘子耐污闪性能的下降。
3 复合绝缘子电气性能试验
3.1 工频干耐受电压试验
工频干耐受电压试验用以评估绝缘子在干燥环境下的耐受电压水平,试验依据SGB775.2-2003《绝缘子试验方法第2部分:电气试验方法》和JB/T8460-1996《高压线路棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性》。对抽检的复合绝缘子均进行1 min的工频干耐受电压试验,试验中复合绝缘子未发现有击穿和闪络现象,抽检的复合绝缘子全部通过该项试验。
3.2 水煮试验
水煮试验的试验依据为《定义试验方式及验收准则》。在抽检的复合绝缘子中抽取9支绝缘子试样放入0.1%浓度的氯化钠溶液中保持沸腾42 h后至50℃,试样从氯化钠溶液中取出后在48 h内完成陡波试验、工频耐受电压试验。水煮试验的主要目的是为了使氯化钠溶液充分渗入复合绝缘子的内部缺陷,使缺陷空隙的电阻发生严重的下降,再通过陡波试验和工频耐受电压试验查找该缺陷。
1)陡波试验。
在陡波试验时,将电极(由不大于1 mm厚、20 mm宽的铜片组成)固定在每段的绝缘子试品上,每段绝缘子应承受的电压陡度不小于1 000 kV/μs,且不大于1 500 kV/μs的正、负极性陡波试验各25次。试验过程中未发现伞裙及裤套击穿等对复合绝缘子破坏现象,抽检的9支复合绝缘子均通过了陡波试验。
2)工频耐受电压试验。
对复合绝缘子施加30 min、约为80%闪络电压,试验后发现绝缘子温升最高的为30号和46号复合绝缘子,但其温升也仅为3 K,远小于标准所要求的20 K,即抽检的9个复合绝缘子均通过了工频耐受电压试验。
从水煮后的陡波试验和工频耐受电压试验的测试结果可知,抽取的9支复合绝缘子中未发现有界面性能缺陷。
4 复合绝缘子机械性能试验
复合绝缘子在运行中,除承受系统电压外,还需承受导线、风力等外界产生的各种机械力。实践表明,复合绝缘子芯棒脆断及复合绝缘子掉串事故时有发生,因此考核复合绝缘子的机械负荷能力具有重要的意义和作用[6,7,8,9]。按有关标准要求,使用拉力机对复合绝缘子进行机械性能试验,机械性能试验包括50%额定机械负荷耐受试验、密封性能试验和机械破坏性试验。
4.1 50%额定机械负荷耐受试验
对抽检的复合绝缘子均进行50%额定机械负荷耐受10 s试验,试验中未发现存在明显的损坏,47支复合绝缘子均通过此试验。
4.2 密封性能试验
密封性能试验的试验依据为《定义试验方式及验收准则》和《复合绝缘子使用导则》。端部附件与绝缘伞套间的界面密封性能遭到损坏后,含有酸性物质的水分可能会渗入该界面中,会对复合绝缘子的芯棒及金具进行致命性的侵蚀,从而导致复合绝缘子的机械性能严重下降,甚至可引起复合绝缘子的芯棒断裂,引起电网事故。
抽取6支复合绝缘子试样进行密封性能试验,清洗被检查区域,并将染色剂(1%浓度的品红溶液)涂敷在清洁过的表面并作用20 min。涂敷渗透剂后的5 min内,对试品施加额定机械负荷的70%拉伸负荷,并保持1 min。待复合绝缘子表面干燥后进行相关的检查,抽取的6支复合绝缘子试样的端部附件与绝缘伞套间的界面均无明显的渗透现象,即抽取的6支复合绝缘子全部通过密封性能试验。
4.3 机械破坏性试验
机械破坏性试验的试验依据为《复合绝缘子使用导则》。对抽检复合绝缘子先进行额定机械负荷耐受试验1 min,然后对抽检复合绝缘子进行机械破坏性试验。在对复合绝缘子进行的机械破坏性试验中,共发现球头拉脱(占总量的17%)、球头拉断(占总量的36%)和球窝拉脱(占总量的47%)这3种形式。由此可知,复合绝缘子的机械薄弱点主要在球头及球窝处,芯棒可能未受到酸性侵蚀其机械性能仍保持得较好。
从复合绝缘子机械破坏值的统计结果发现,有5支复合绝缘子(42号、44～47号)的机械破坏值只稍大于其额定机械负荷便发生机械破坏,还有1支复合绝缘子(43号)的机械破坏值小于1.2倍的额定机械负荷。显然,这6支复合绝缘子承受机械负荷的裕度不足,可能会由于导线摆动等因素作用下而使复合绝缘子超出其能承受的机械负荷值水平导致绝缘子断裂而发生绝缘子掉串事故。该6支复合绝缘子机械强度下降的原因,可能为复合绝缘子金属附件强度不够及金属附件处连接工艺不能保证绝缘子的长期运行。
5 结论及建议
通过对广州电网运行中的复合绝缘子进行的抽检及特性试验得到以下结论及建议。
1)抽检的复合绝缘子通过的试验项目包括工频干耐受试验、水煮后的陡波试验和工频耐受电压试验、50%额定机械负荷耐受试验、密封性能试验和机械破坏性试验。
2)抽检的部分复合绝缘子外观表征老化现象明显,其运行年限达9～12 a,且通过憎水性测试发现部分复合绝缘子的憎水性为HC4级,已接近弱憎水性,可能会降低复合绝缘子的耐污闪性能,因此应加强对运行复合绝缘子,特别是已长期运行的复合绝缘子的憎水性测试。
3)通过机械破坏性试验得到,复合绝缘子的机械薄弱点主要集中于球头及球窝,且部分已长期运行复合绝缘子的机械性能已接近其额定机械负荷值。建议加强复合绝缘子特别是已长时间运行的复合绝缘子的机械性能的定期检测,密切关注其机械强度的下降问题,以避免电网事故的发生。对于复合绝缘子生产厂商应加强球头及球窝处的金具与绝缘子本体连接处的机械强度,以提高绝缘子的整体机械性能。
摘要：为研究广州电网复合绝缘子性能老化情况,进行了部分复合绝缘子的抽检试验。对抽检的5条线路47支复合绝缘子分别进行了外观检查、憎水性测试、工频干耐受电压试验、水煮试验后陡波试验、水煮后工频耐受电压试验、50%额定机械负荷耐受试验、密封性能试验及机械破坏性试验等测试,抽检结果表明复合绝缘子的性能老化问题应引起运行部门的重视。
合成绝缘子的性能分析与应用维护 篇5
1 合成绝缘子的结构及其性能
合成绝缘子是由伞盘、芯棒、金属端头、均压环四部分组成, 而组成的部件具有以下性能:
1.1 伞盘:
也称伞裙, 是合成绝缘子的外绝缘。伞盘是由硅橡胶为基本的高分子聚合物制成。具有良好的憎水性, 水在伞盘表面呈小珠状, 不会形成放电道路, 另外, 合成绝缘子的伞盘还具有优良的耐电腐蚀性和良好的抗臭氧及搞老化性能。
1.2 芯棒:
合成绝缘子的芯棒采用环氧玻璃纤维制成, 具有很高的抗张强度, 拉伸强度达7000m Pa, 约为普通钢的1.5~2倍。为高强度瓷的3~5倍。芯棒还具有良好的绝缘性能及良好的减振性, 抗蠕变性和搞疲劳断裂性能。
1.3 金属端头:
它是特别的碗头和球头, 利用内外楔结合成螺旋式连接在合成绝缘子的芯棒两端, 连接牢固, 可靠, 具有不破坏芯棒的完整性。
1.4 均压环:
随着电压的增高, 合成绝缘子的电场分布不均, 程度也将增加。为改善其电压分布, 在合成绝缘子的一端或两端安装均压环。使电压分布均匀, 并使电弧在两环之间发生, 从而保护合成绝缘子的伞盘在强电弧发生时不被烧伤。
2 运行维护方便
由于合成绝缘子具有很高的憎水性, 那么, 相对来说, 它还具有很高的污耐压性。这是因为合成绝缘子的杆径及伞裙都比瓷绝缘子、玻璃绝缘子小得多。形状系数大, 因而表面电阻大, 泄漏电流小。相应的污闪电压增大。正因如此, 合成绝缘子的污耐压高于其它绝缘子25%, 因此, 一般的污秽区可免清扫。减少了运行维护的工作量。其次, 合成绝缘子的质量轻, 施工方便。这是因为合成绝缘子由硅橡胶为基本的高分子聚合物及环氧玻璃纤维棒制成, 一般的110千伏~220千伏的合成绝缘子的重量一般在3.5~11.2kg。而瓷绝缘子串的重量为13.8kg~59.8kg间。重量比为1:4。这就大大的方便了合成绝缘子在运行时的更换安装。减少了工作量, 提高了工作效率。
3 端部金属腐蚀与分析
3.1 通过对腐蚀物产物的分析, 我们知道,
在金属部件表面氧化铁的含量最高, 其次为氯化钠。最低为硫酸酐和氧化锌。因为合成绝缘子金属表面是锌保护层。因此腐蚀物中含有少量的氧化锌, 当保护层被腐蚀完后, 绝缘子的金属体开始发生腐蚀。腐蚀物中的大部分为氧化铁, 这表明此时金属氧化严重。这时如果测检不及时, 易造成合成绝缘子因腐蚀严重造成机械强度降低, 进而发生脱落事故, 造成停电事故。因此所安装使用的合成绝缘子要定期检查, 必要时进行更换。
3.2 合成绝缘子疲劳分析。
在合成绝缘子的生产过程中, 两端的钢锚是压在芯棒上的, 虽然由玻璃纤维和环氧树脂固化而成的芯棒搞拉强度很高, 但它势必造成对芯棒的压伤, 破坏了芯棒原有的强度。当导线的振动传递到合成绝缘子上时, 承担振动的主要是芯棒, 这时它所承担的振动主要是由风引起的, 这时的风速为0.5~4米/秒, 这样的微风最引起振动, 如果合成绝缘子始终处在振动下运行, 那么, 合成绝缘子在复合交变应力作用下会产生疲劳现象, 交变应力强度和次数达到某一数值时, 合成绝缘子就会发生脆性断裂, 所以应周期性的对合成绝缘子进行锚接握着力强度和疲劳强度的抽查工作。
3.3 污秽对合成绝缘子的影响。
绝缘子表面的污秽物质, 按来源可以分为自然污秽和工业污秽两种。按污秽物的形态又可分为颗粒性污秽及气体性污秽。绝缘子表面污秽物的性质不同, 对其绝缘水平也不相同。一般的灰尘容易被雨水冲刷, 而企业的污秽就比较严重了, 象化工厂、焦化厂、火力发电厂、水厂、冶金厂等排出的烟尘以及废气在绝缘子表面形成的污秽物就较难被雨水冲刷。2007年, 我局就100千伏佳汤线41塔做了抽查, 发现水泥污秽严重。对运行了12年C相的合成绝缘子做了干湿闪电压实验, 湿闪电压平均值为4532V (湿润淋雨时间为35min) 而秋天对同塔的A、B相做了湿润实验, 平均值大于670KV。这与一般污秽区段合成绝缘子的湿润电压值基本相当。可见合成绝缘子的外绝缘性能受水泥污秽的影响较大。所以建议运行四年以后的合成绝缘子做抽样检测。运行10年以上的合成绝缘子要登塔检查。若发现有电蚀损现象严重的, 要及时更换。而对一般污秽的合成绝缘子以目前的变化趋势, 运行10年内的可不做电气性能抽查试验。
4 合成绝缘子的安装及维护
合成绝缘子在运输及安装的进程中, 应小心拿放, 不得抛掷, 避免与各类尖硬物碰撞摩擦。严禁用脚踩蹋合成绝缘子。上下时应应用软梯。严禁用合成绝缘了做展放导线的辅助工具。
运行单位应建立健全合成绝缘子档案, 合成绝缘子安装完毕后, 应验收合格后方可投入使用, 合成绝缘子属不可击穿型, 故不必做零值检测, 但是迅视周期与普通绝缘子相同, 合成绝缘子通常不作清扫, 但电晕声异常或电蚀损现象严重时, 应加强重视。必要时应登杆塔迅视。发现金属端头腐蚀严重的, 伞裙被损严重可能危及芯棒者, 应予以更换。以保证输电线路供电的可靠性。
5 结论
试验发现, 合成绝缘子的配方, 污源性质、雨淋的自清洁作用等, 对运行中的合成绝缘子有一定的影响。特别是焦油、水泥粘附性强的污秽对其影响较大, 运行单位应予以高度重视。合理的运用和适当地维护对污秽地点合成绝缘子的安全运行至关重要, 对镀锌金具来说大气中的CL应是产生严重腐蚀的关键因素。硅橡胶合成绝缘子作为新一代线路的绝缘子, 已在我国进入大面积的推广应用, 目前已达到85%以上, 特别是新建的线路除耐张杆塔以外, 已全部使用合成绝缘子, 这大大减轻了输电线路的维护工作量, 减少了污闪事故, 提高了工作效率。但因其制作的工艺水平不等, 因此, 还应严格控制新产品的质量。随着科技的发展和其制造工艺的不断完善, 其质量和性能必将得到进一步的提高, 将有利于我国电网的建设, 保障输电线路安全可靠的运行。
摘要：合成绝缘子与传统的瓷质绝缘子、钢化玻璃绝缘子比较, 具有质量轻, 体积小, 便于运输及安装, 机械强度高, 耐污秽生能好, 免预防性测试。
关键词：合成绝缘子,机械强度,性能分析
参考文献
[1]王景朝.合成绝缘子疲劳的实验研究[J].电力建设, 2001, 12.
[2]李敬雄.浅谈合成绝缘子[J].四川电力技术, 2003, 4.
绝缘性能 篇6
我国迅猛发展的电力事业以及日趋增加的用电负荷需求, 带动着我国的电网规划建设前进步伐。近年来, 10kV配电网以其投资低、节约线损、供电能力强等强大优势, 断路器作为10k V配电网中的重要开关设备, 在配电系统中得到广泛的应用, 其中蕴涵着深远的社会效益和经济效益。为满足国内10k V配网建设的需要, 研发制造出技术先进质量可靠的10k V户外高压交流真空断路器, 是目前高压开关制造行业迫切需要解决的课题。真空断路器一直以其优异的灭弧性能和杰出的绝缘耐受特性, 在配电系统中得到了广泛的应用, 是电力系统中很有发展前景的一类开关产品。真空灭弧室是真空断路器中最核心的部件, 具有开断容量大、可频繁操作、灭弧性能好、无污染、体积小等特点。由于真空断路器正在朝向高电压等级发展, 因此, 对户外真空灭弧室的内外绝缘性能更需要进行深入的研究。灭弧室的电场分布很大程度上影响着真空断路器的绝缘性能, 不均匀的电场分布, 将会导致触头间隙的击穿, 最终使开断失败。在真空灭弧室内部设置均压屏蔽罩, 会使内部电场分布均匀, 进而使真空灭弧室的结构更加合理化和小型化。然而, 加入屏蔽罩又会使得灭弧室中的电场分布发生变化, 为了准确地校核灭弧室的绝缘性能, 分析屏蔽罩对电场分布的影响, 对户外真空断路器进行电场数值分析是验证产品可靠性能的关键一环。因此, 本文针对国内开关生产企业自行研发并制造生产的一种新型10k V户外高压交流真空断路器的绝缘结构进行了分析和设计。
2 建立数学模型
本文以三相分立的支柱式敞开式结构的10k V户外交流高压真空断路器产品样机为原始模型, 采用有限元分析方法对该真空断路器进行数学建模, 应用ANSYS仿真软件, 对模型进行三维电场计算。该真空断路器的真空灭弧室封装在硅橡胶及环氧树脂复合绝缘内, 灭弧室套管和绝缘支柱是由环氧树脂采用APG工艺浇注而成, 其外部设有带伞裙的硅橡胶外套。主要包括静触头、动触头、均压屏蔽罩、灭弧室瓷外壳、绝缘介质以及外绝缘。在此计算中, 涉及的媒质有, 灭弧室内部气体为真空, 相对介电常数取为1;瓷外壳的相对介电常数取为6;外绝缘及绝缘拉杆是环氧树脂, 环氧树脂的相对介电常数取为4;填充的绝缘介质为硅橡胶, 相对介电常数取为2.8;金属铜的相对介电常数取为2000。真空灭弧室的动静触头开距为12mm, 灭弧室内有均匀屏蔽罩, 它是一个悬浮电位, 因此计算中对其进行耦合处理。
对真空断路器进行静电场分析时, 选择在模型边界上加电压, 根据模型结构采用四面体剖分单元。剖分网格是采用智能剖分, 因为真空断路器为轴对称结构, 将灭弧室沿三维坐标X轴做剖面, 采用智能剖分的优点在于, 图形曲率变化较大的区域, 网格划分很密集, 而对于结构较规整的区域, 网格密度也比较小。按照断路器触头分断与关合两个工位以及分断时触头的不同开距等情况, 分别对灭弧室进行电场分析, 确立电场分布特点及场强集中点, 场强集中点是本文分析的重点区域, 将各种不同情况下所获得的电场结果进行比较。
1-静端盖板;2-主屏蔽罩;3-触头;4-波纹管;5-动端盖板;6-静导电杆;7-绝缘外壳;8-动导电杆
3 计算结果与分析
本文考察在额定雷电冲击耐受电压下, 隔离断口间的绝缘性能, 将断路器的静触头加高压125k V, 动触头加零电位0, 得出开距分别在50%、80%、100%下断路器整体的电位分布, 电位单位是V, 场强单位是V/m。灭弧室中由于屏蔽罩的存在, 抑制了电场畸变, 使得触头附近区域的电压分布很均匀而且是对称的, 屏蔽罩上的悬浮电位约为60kV。 (a) 50%开距真空灭弧室的电位分布 (b) 80%开距真空灭弧室的电位分布 (c) 100%开距真空灭弧室的电位分布
图2中 (a) ~ (c) 各图分别为以上三种不同触头开距条件下的灭弧室电场强度分布云图。真空断路器在50%开距下的电场强度最大值出现在屏蔽罩端部, 其电场强度为25.4k V/mm, 此时触头间的电场强度明显高于前两种开距下的电场强度, 均压屏蔽罩使触头附近的电压呈梯度分布, 电场强度分布均匀, 触头间的电场强度较大。真空断路器触头在80%开距下以及100%开距下, 电场强度最大值分别为21.2k V/mm和18.1k V/mm, 触头附近的电压呈梯度分布, 电场强度分布均匀。 (a) 50%开距真空灭弧室的电场云图 (b) 80%开距真空灭弧室的电场云图 (c) 100%开距真空灭弧室的电场云图由图中可以看出当外绝缘介质一定且为均匀介质时, 真空灭弧室的电场分布强度相对较大的地方主要集中分布在动、静触头表面端部和屏蔽罩上下两端部, 这些绝缘危险区域易产生绝缘击穿。因此, 在产品的实际设计中, 可以通过加大动静触头表面端部的曲率, 钝化屏蔽罩两端部的尖角等优化设计方法, 改善场强集中点的电场分布情况。真空灭弧室外表面的电场强度相对较小, 由图可以看到, 真空灭弧室外表面的瓷外壳两端与灭弧室两端盖板相接近的附近区域, 电场强度值相对于沿表面的其他位置的电场强度值较大。真空断路器触头关合时, 真空断路器触头闭合时, 中心导体加高压125k V, 取无穷远边界为零电位0, 加载后计算得出, 无论是断路器的内部还是外部的电场强度都很小, 其中最大电场强度为0.8kV/mm。电场强度分布均匀, 由触头为中心, 周围的电压呈梯度分布趋势。
4 结论
通过对10kV户外高压交流真空断路器在电场分析与研究, 获得了在不同边界条件下断路器的电场强度及电位的变化情况, 由以上结果可以很清楚地了解利用ANSYS准确的模拟物体的原型, 采用有限元法对电场及电位进行数值计算, 可以实现对灭弧室内的电场及电位的变化进行精确的计算。
参考文献
[1]朱亚军, 刘亚鹏.承德地区6k-10kV线路继电保护整定中存在问题及解决办法[J].中国新技术新产品, 2010, (11) :54-56
[2]刘进胜, 陈正宇.一起电容器组熔断器群爆事故原因分析[J].重庆电力高等专科学校学报, 2010, (04) :26-27, 52
[3]葛廷友, 李成良.电力系统输电用SVC的工程化应用[J].宁波职业技术学院学报, 2010, (02) :6-9
绝缘性能 篇7
X射线数字成像技术集成了计算机技术、X射线实时检测系统、数据采集技术、图像处理技术等, 能够在不断电、不拆卸的情况下, 快速的将透视图像传输到人机交互界面, 使技术人员可直观的判断出设备的故障类型、外观、位置等信息[1], 因此, 已被广泛应用于变压器、GIS、断路器、互感器等高低压电力设备的无损检测当中。
但在不同的照射时长和不同的射线能量下, X射线辐射对电力设备固体绝缘材料电气性能的影响情况在国内外文献中还未见报道。本文选用环氧树脂和聚乙烯两种常用的固体绝缘材料, 在带电和不带电两种情况下, 逐渐改变X射线的能量和辐射时长, 来研究X射线辐射对环氧树脂和聚乙烯绝缘材料的击穿强度、介电强度等电气性能的影响。
1 X射线辐射实验过程
实验样本:5 cm×5 cm的环氧树脂薄膜和5cm×5 cm聚乙烯薄膜。
实验条件:
1) 实验室温度23℃, 湿度47%;
2) 样本加10 k V电压和不加电压两种条件;
3) 辐射时间:间隔1分钟和间隔1小时;
4) X射线机管电压分别为50 k V、110 k V、300 k V;
5) X射线机管电流为3 m A。
图1为样本加电压的示意图, 样本一端加10k V的电压, 一端接地;
2 X射线辐射对固体绝缘的影响
2.1 对材料击穿性能的影响
在对带电与不带电辐射的聚乙烯和环氧树脂的击穿场强进行测试后, 得到其在不同辐射时间与不同辐射功率下的击穿场强。图2和图3分别是是聚乙烯在不带电和带电的情况下不同辐射时间与不同辐射功率下的击穿场强。
由图可知, 聚乙烯这种固体绝缘材料在不带电的情况下随着辐射时间的增长, 其击穿场强几乎无明显变化, 但随着辐射功率的增加, 在50k V与300k V功率的时候, 击穿场强十分接近, 但在中等强度功率辐射下, 其呈现稍低的击穿场强, 很可能是由于其制备过程中, 薄膜厚度不均匀造成的;而聚乙烯在带电情况下的击穿场强趋势与不带电情况下几乎一样, 说明在X射线辐射对聚乙烯的击穿性能无明显影响。
图4和图5分别是是环氧树脂在不带电和带电的情况下不同辐射时间与不同辐射功率下的击穿场强。
由图可知, 环氧树脂这种固体绝缘材料在不带电情况下, 随着辐射时间增长, 其击穿场强无明显变化, 但随着辐射功率增加, 其击穿场强缓慢降低, 而环氧树脂在带电情况下, 随着辐射时间增长, 其击穿场强无明显变化, 但随着辐射功率增加, 其击穿场强逐渐降低, 其下降速度大于不带电的情况。但无论是聚乙烯还是环氧树脂, 带电与不带电情况下其平均击穿场强具体数值几乎无明显变化。
2.2 对材料表面电阻和体积电阻的影响
表1和表2分别是聚乙烯在不同辐射时间和不同辐射功率下的表面电阻和体积电阻。由表中数据可知, 聚乙烯在不带电情况下, 随着辐射时间增加, 表面电阻率有较小的增大, 而随着辐射功率的增大, 其表面电阻几乎无明显变化;而在带电情况下, 随着辐射时间增加, 表面电阻同样有较小的增大, 而随着辐射功率的增大, 其表面电阻在辐射初期逐渐增大, 在辐射后期逐渐减小;同时, 聚乙烯在不带电情况下, 随着辐射时间增加, 体积电阻出现先增大后减小的趋势, 而随着辐射功率的增大, 其表面电阻几乎无明显变化;而在带电情况下, 随着辐射时间增加, 体积电阻同样有先增大后减小的趋势, 而随着辐射功率的增大, 其表面电阻在辐射初期逐渐增大, 在辐射后期逐渐减小。
环氧树脂在不同辐射时间与不同辐射功率下的表面电阻与体积电阻, 其变化趋势也聚乙烯的情况基本相同。
2.3 对材料介电性能的影响
图6和图7分别是辐射功率为50 k V的聚乙烯在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。由图可知, 辐射功率为50 k V, 不带电情况下, 聚乙烯介电常数随辐射时间增加, 无明显变化, 而带电情况下变化相对明显, 但数值仍保持在一个较小的范围内。图8和图9分别是辐射功率为300 k V的聚乙烯在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。其变化规律与辐射功率为50 k V的情况大致相同。
图10和图11分别是辐射功率为50 k V的环氧树脂在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。由图可知, 辐射功率为50 k V, 不带电情况下, 环氧树脂介电常数随辐射时间增加, 出现先增大在减小的趋势, 而带电情况下变化相对明显, 但数值仍保持在一个较小的范围内。图12和图13分别是辐射功率为300 k V的环氧树脂在不同辐射时间下介电常数与频率的关系图。其变化规律与辐射功率为50 k V的情况大致相同。
3 结束语
终上所述, X射线辐射对固体绝缘材料 (聚乙烯和环氧树脂) 的电气性能响并不显著, 对于带电与不带电两种情况比较, 在带电情况下X射线辐射造成影响较为明显, 但仍然在一个较小的范围内, 故X射线无损探伤技术可以广泛应用于主要绝缘材料是聚乙烯与环氧树脂的电气设备的检测。
摘要：在带电与不带电两种情况下, 逐渐改变射线的能量和辐射时间, 来研究X射线辐射对环氧树脂和聚乙烯绝缘材料的击穿强度、介电强度等电气性能的影响。
关键词：X射线辐射,环氧树脂,聚乙烯,电气性能
参考文献
绝缘性能 篇8
准确地掌握输变电设备的运行状态具有十分重要的意义[1,2]。X射线数字成像技术能在不解体、不停电情况下, 对GIS、罐式断路器、复合绝缘子等电力设备进行透视检测, 达到可视化诊断的目的[3,4,5,6]。为了将X射线直接数字成像技术引入到变压器的无损检测中, 需要确定X射线对变压器中绝缘油有无影响。但是国内外文献资料中只有X射线对固体绝缘材料[7]、气隙性局部放电[8]、油隙性局部放电[9]以及SF6气体的影响[10], 而X射线对输变电设备, 尤其是对充油设备中变压器油的击穿电压和带电倾向会造成什么样的影响, 这方面资料国内外并未见到。针对这个情况, 本文提出了利用便携式高频X射线机对带电压和不带电压的变压器油进行定能量和定时间的照射的研究, 该研究成果将会为X射线数字成像透视检测系统对电力充油设备进行可视化检测给予明确、充分的证据, 同时为基于X射线的电力设备数字成像系统的应用范围提供技术支持。
1 便携式高频X射线机
X射线数字成像技术 (Digital Radiography, DR) 是目前最先进的数字成像技术, 它比传统胶片成像和计算机射线成像 (Computer Radiography, CR) 更具有优势[11]。DR技术具有成像质量高、速度快、可以做到实时成像显示并能实现在线检测等优点[12]。因而, 该技术具有广阔的应用前景;针对某些电力设备缺乏有效检测手段, 且需在不拆卸、不停电情况下, 才能确定电力设备内部的情况, 因而, X射线数字成像DR技术是不可多得的对电力设备进行检测的手段[13]。为了获得X射线对充油电力设备中油的影响, 本文利用X射线数字成像系统中目前工业用最大能量的便携式高频X射线机对变压器油的影响进行研究。
2 高能量X射线对变压器油影响
试验条件是在室温和湿度为50%情况下, 用便携式高频X射线机分别照射加10 k V电压和不加电压的两杯25号变压器油;选择便携式高频X射线机的能量为其最高能量 (管电压300 k V, 管电流3 m A) , 试验进行了8次, 照射时长分别为3 min、5 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min。加电压是为了模拟变压器真实环境, 不加电压的油杯为其对照组。
2.1 对变压器油击穿电压影响
击穿电压时考核绝缘油电气强度的一项重要指标, 是衡量绝缘油在电气设备内部耐受电压能力的尺度。它实质上反映的是油中是否存在水分、杂质和导电微利以及他们对绝缘油性能影响的严重程度[14]。因此对变压器油进行击穿电压分析具有重要的意义。本次试验后分析测得的数据如表1所示。
为了得到更加直观的带电倾向性数据变化趋势, 根据表格数据画出击穿电压数据变化曲线图, 如图1所示。
从曲线图可以明显的看出, 无论是加电压还是不加电压下的绝缘油在经过高能量X射线不同时长的照射后其击穿电压出现了波动, 其中不加电压和加电压均有五个数据在原样37.2 k V之上, 有三个数据在原样值之下, 但总之也都是在原样37.2 k V的击穿电压上下波动, 波动范围不大, 没有明显的规律性, 而且测试仪的误差和样品的偶然性也会导致这种波动, 所以可以得出高能量 (300 k V, 3 m A) X射线辐照不会对绝缘油的击穿电压造成影响。
2.2 对变压器油带电倾向性影响
油流带电引发的静电放电是威胁大型变压器安全运行的重要因素之一, 变压器发生油流放电故障在国内外均有发生, 变压器油流放电除了与变压器的绝缘结构、油的流速、油温等因素有关外还与变压器油本身的带电倾向性有很大的关系。对变压器油进行带电倾向性测量, 以便对带电倾向性超标的变压器油采取措施并及时改善变压器运行条件以防止变压器在运行中发生油流放电故障造成变压器损坏的现象重要意义[15,16]。为了更加全面深入的研究X射线对变压器油的影响状况。本次试验后对各个试验样品进行了带电倾向性分析, 分析的结果如表2所示。
为了得到更加直观的带电倾向性数据变化趋势和变化程度, 根据表格数据画出带电倾向性数据柱形图和变化曲线图, 如图2和图3所示。
从柱形图中可以明显的看出在高能量X射线的辐射下加电压和不加电压的变压器油的带电倾向性分别比原样曾加了16倍和9倍左右。图5可以清楚看出绝缘油带电倾向随X射线辐射时间的关系, 显然, 两种情况下X射线在初次照射的3min中就已经上升到较高值, 而在后面更长时间的照射中带电倾向出现了一定程度的较小幅度的波动, 但从总体趋势中并没有呈现有规律的增加或减少。X射线致使变压器油带电性增加的原因可能是在高能射线的作用下油中含有的大量的C-H等共价键被破坏, 从而产生了H+等离子增加了油中的电荷量。加电压的绝缘油带电倾向比未加电压的绝缘油带电倾向高出原样值7倍左右, 其主要原因可能是外加电场作用下电离作用使得油中离子浓度增大从而加剧了油流带电现象。高能量X射线的辐射已经使得变压器油带电倾向性的变化已经明显超出了测试仪器的误差范围。由此可以得出高能X射线可以引起变压器油带电倾向性的显著变化。
3 结束语
1) 高能量X射线 (管电压300 k V, 管电流3m A) 在长时间辐照变压器绝缘油的情况下不会对其击穿电压造成影响。
2) 高能量X射线对变压器绝缘油的辐照会引起其带电倾向性发生显著增长, 外加电压会加剧这种现象。
3) 这绝缘油在X射线作用下其带电倾向的增长是在短时间内发生的, 且可能存在某一临界时间值使得在超过该值后绝缘油在X射线的辐照下其带电倾向不在发生变化。具体的临界值还需做进一步的研究。
4) 利用X射线数字成像技术对电力充油设备进行透照检测需要谨慎进行。
摘要：为了将X射线数字成像技术引入到变压器的无损检测中, 需要确定X射线对变压器中绝缘油有无影响。本文是变压器绝缘油在高频X射线机最高能量和不同时间的照射下绝缘油击穿电压及带电倾向性变化情况。初步试验结果表明, 在高能量下, X射线的辐射对变压器油的击穿电压没有影响, 而会造成其带电倾向性发生较大幅度的变化。