现场运行复合绝缘子老化深度研究

发布时间：2020-04-06 02:35

【摘要】：复合绝缘子以其较轻的质量、良好的机械性能、优异的憎水性等优点,被广泛应用于各电压等级架空输电线路中。由于其外绝缘材料硅橡胶暴露在外界环境,在绝缘子长期运行过程中,随着老化的发生对外界水汽的阻隔作用逐渐下降,严重的时候可能导致内击穿甚至断串事故发生,给电网的安全稳定运行带来极大的隐患,因此对硅橡胶绝缘子伞裙老化过程中微观结构的变化进行研究,并对老化状态进行定量化描述显得尤为重要。本文首先基于显微红外技术发展出计算硅橡胶老化深度的方法,并探索测试的步骤、实验参数以及数据处理方法。其次,利用显微红外技术,结合热重分析以及气相色谱技术,分别对500 kV、220 kV、110kV运行硅橡胶绝缘子伞裙老化深度、表面有机硅化合物含量以及小分子含量进行测量和分析,结合三者对运行硅橡胶绝缘子伞裙的老化深度进行相对定量化的描述。主要研究结论如下:(1)利用显微红外技术由表及里地测量甲基峰(2960 cm-1)峰面积的变化情况,可以计算硅橡胶伞裙的老化深度。硅橡胶样品切片厚度为15μm,实验光斑取最大,光阑大小为50 μm×50μm,采用透射方法进行实验。线扫描的扫描深度为150 μm,步距为5 μm。可以通过对拟合函数求二阶导求出老化深度。面扫描的扫描深度为200 μm,横向移动150μm,步距为10μm,可以通过等高线对老化深度进行划定。(2)选取两支500 kV运行硅橡胶绝缘子,采用显微红外技术、热分析技术测试了不同位置伞裙的老化深度及表面有机组分消耗情况。显微红外的结果表明,两支复合绝缘子的平均老化深度随伞裙位置都出现了类似倒钟形的分布。低压端的平均老化深度仅次于高压端,中间段伞裙的平均老化深度最小。高压端的伞裙表面老化极不均匀,同一伞裙测得最深为126 μm,最浅只有29 μm,而低压端和中间段则相对均一。推测该结果主要影响因素是运行过程中复合绝缘子不同位置处场强的密度分布及其引起的放电作用老化,而紫外辐照等其它环境因素居其次。热分析实验发现高压端的伞裙表层0～60 μm范围内有机硅化合物含量最低,表明高压端伞裙表面有机物在运行过程消耗最快,同时不同位置伞裙表面有机硅化合物消耗量与显微红外测得的老化深度表现出相同的分布规律。而气相色谱实验结果表明,运行绝缘子伞裙相比新出厂绝缘子,短链小分子被大量消耗。而对比不同位置的绝缘子伞裙小分子含量,可以发现高压端伞裙小分子含量相对较低,说明老化比较严重,中间段和低压端伞裙的小分子含量则相对较高,说明老化程度较高压端轻微。(3)220 kV绝缘子高压端老化深度最大,低压端次之,中间段伞裙老化深度值最小。热分析结果显示220 kV伞裙高压端PDMS含量消耗相对其他位置较多,低压端和中间段的消耗量比较接近。小分子测试显示,三个位置的样品剩余的小分子含量比较接近,其中高压端伞裙剩余小分子量最少,中间段伞裙剩余小分子含量相对较多。110 kV绝缘子低压端伞裙老化最深,高压端次之,中间段老化深度最小。热分析结果显示低压端表面PDMS含量相对较少。而小分子含量测试同样显示低压端伞裙剩余小分子比较少,说明低压端是110 kV运行绝缘子伞裙老化最严重的部位。通过比较不同电压等级下的伞裙老化深度,发现随着电压等级的下降,高压端伞裙的老化深度出现明显下降,中间段伞裙的老化深度则出现小幅度的上升。低压端伞裙老化深度随着电压等级的下降变化相对不明显。
【图文】：

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硅橡胶逡逑图２－１显微红外测试样品取样及切片示意图逡逑图２－１为显微红外测试样品取样及切片示意图。首先实验的绝缘子伞裙上进逡逑行取样，样品底部大小约１０Ｘ３邋ｍｍ２，厚度为３－５邋ｍｍ。将样块切成梯形以区分逡逑上下表面，其中梯形短边对应上表面，梯形长边则对应下表面。逡逑由于需要测量由表及里测量，需要用刀片沿垂直上表面方向将硅橡胶样块切逡逑成薄片，因此利用冷冻切片机对样块进行切片处理。先将样块平放在冷台上，用逡逑水将样块完全包裹，并将冷台降温使水结冰以固定样块。由于温度对硅橡胶弹性逡逑影响比较大，温度太低硅橡胶硬度太大，切出样品偏碎，温度太高则硅橡胶弹性逡逑太好，切片过程薄片容易发生撕扯导致破碎。经过摸索发现温度在－２０°Ｃ比较适逡逑合。待样块被冰固定在冷台后

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为硅橡胶分别显微红外方法及ＡＴＲ方法下测得的红外微红外测量结果中位于３２００－３５００邋ｃｎｒ１与－ＯＨ相关的ｒ１为Ｓｉ－０－Ｓｉ伸缩振动峰变形严重。这是由于Ｓｉ－０－Ｓｉ及显微红外透射模式测量下被样品大量吸收，透过样品本为０，因此根据透过率转化成的吸收极大，失去了与此同时原来在ＡＴＲ图谱中相对不明显的－ＣＨ３对应红外图谱变得尖锐明显。－ＣＨ３作为硅橡胶的侧链，将强包裹在分子内侧，是硅橡胶具有憎水性的重要原因。在先受到影响发生断裂，导致硅橡胶主链的破坏以及憎对硅橡胶老化比较敏感，而且对硅橡胶性能影响颇大，衡量的指标。我们选择位于对应甲基Ｃ－Ｈ伸缩振动的胶老化的指标，对其进行由表及里的测量和比较，并以准。逡逑计算逡逑，
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM216

【参考文献】