复合硅橡胶空心绝缘子技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

绝缘子作为输电线路安全运行的重要设备之一，其技术性能得到电力运行部门及制造业的普遍关注。我国复合绝缘子2009年的故障率为万分之一，虽然这个数据表明了国产复合绝缘子质量水平达到了新的高度，但绝缘子核心技术仍需要进一步发展。电网的高速发展促进了复合绝缘子产业的迅速壮大，使我国硅橡胶复合绝缘子制造技术居世界领先水平。

绝缘子是高压、超高压电力输送线路上的必用品，高温硫化硅橡胶复合绝缘子首先在德国问世，与瓷、玻璃等传统绝缘子相比，具有重量轻、强度大、耐污闪能力强、维护和运输方便等优点。到目前为止，世界上仅有二十七个国家和地区使用由该技术制作的复合绝缘子，且用量最多的是北美地区。中国复合绝缘子的研制起步较晚但起点很高，在吸取国外复合绝缘子生产技术经验教训的基础上，研制出了自己的复合绝缘子。中国目前复合绝缘子的生产技术、制作工艺和质量已达世界领先水平，已经不再需要从外国进口。中国研制的复合绝缘子除了具有上述优点外，在压接密封技术上有了新的突破，还具有不需检测零值、终生不需清扫、不易脆断、制作成本低等特点，其质量为其他国家所不可比。

第二节 产品工艺特点或流程

硅橡胶空心复合绝缘子主要由硅橡胶伞套、绝缘筒、法兰三个部分组成。

硅橡胶空心复合绝缘子结构图

硅橡胶伞套材料表面不仅在新的时候是憎水的，而且在线路的运行条件下，当憎水性暂时丧失以后，还能恢复其憎水性。水在该材料表面形成水珠，硅橡胶液体的很细的膜基本上吞没了污秽物，从而抑制了离子物质在水中的溶解，提供了很高的表面电阻，降低了泄漏电流，提高了污秽闪络电压。这种性能甚至硅橡胶材料老化时也仍然保持。因而提高了电能输送的可靠性，明显地减少了绝缘子的清洗和维护费用。

通过对近年来复合绝缘子几大关键制造技术如界面连接工艺、制造材料、端部密封、伞裙形状、均压装置的发展历程比较分析,我国复合绝缘子的技术水平和应用已渐趋成熟并具有较高水平,目前的主要发展是系统研究复合绝缘子的可靠性,包括憎水性、机械特性和劣化特性等;针对1000 kV交流和±800 kV直流工程特点加强研究复合绝缘子的优化配置、伞裙形状、均压装置及运行复合绝缘子检测技术。

第三节 国内外技术未来发展趋势分析

1、压接强度控制

目前，线路用硅橡胶复合绝缘子的最高机械强度均可达到550千牛强度等级，其机械裕度均可达1.4～1.5，甚至更高。复合绝缘子的制造技术成熟，工艺简单，芯棒强度、金具强度和压接强度的配合设计已较合理。按照现有的技术认识和运行经验，复合绝缘子的压接强度控制在(1.5～1.6)额定机构负荷，钢脚破坏强度控制在(1.4～1.5)额定机构负荷，应是较为合理的。但目前国内企业对压接式结构的复合绝缘子长期承受弯曲、扭转的机械性能研究并不充分，对高吨位压接式复合绝缘子的机械可靠性方面缺乏系统、深入地研究，这也不利于运行管理部门准确、快速掌握输变电设备的运行状态和使用特性。

2、伞型设计

复合绝缘子由于脱模上的困难，其伞裙直径难以同盘形悬式瓷、玻璃绝缘子的盘径大小一致，因此，早期复合绝缘子伞裙盘径和伞间距设计相比进行大量研究后，所确定的伞裙设计原则的盘形悬式瓷、玻璃绝缘子不大合理。当在长期高湿度大气条件下运行时，若复合绝缘子憎水性出现部分丧失或完全丧失时，易发生伞裙间飞弧短接而导致闪络事故，严重地威胁电网安全可靠运行。目前，对于输电线路用复合绝缘子，其伞裙形状较以往有了大幅改进，基本上以“大小伞”、“三伞结构五伞组合”和“两大两中”三种伞型为主，伞径达到200毫米，伞间距达到了140毫米;对于各类空心复合绝缘子，要防止较为密集的伞裙结构设计易在大雨或暴雨下雨水连成链状，引起雨闪。因此，复合绝缘子伞裙形状的优化设计仍是一个需要系统研究的重点。

3、界面和密封结构设计

界面和密封结构设计是复合空心绝缘子设计的关键，毕竟复合空心绝缘子的运行时间不长、数量不多，其很多关键性技术未经过运行环境长期考验，特别是端部附件、玻璃纤维增强环氧树脂管与伞套三者的界面，若处理不当，将会影响复合空心绝缘子的安全运行。近年来，由于密封质量下降导致套管出现事故的也很多，大多是端部附件浇装界面的硅填充物(RTV密封胶)不密实，或由于温差变化出现裂纹导致水分渗入，或者母线、开关、断路器等在自身重力、覆冰、风力的作用下，产生垂直于复合空心绝缘子轴向的拉力，引起端部连接界面裂缝扩大，进而漏油或漏气，引发严重事故。

复合空心绝缘子的芯体是玻璃纤维浸环氧树脂高温缠绕的，它同时承受机械应力、电应力、六氟化硫及其分解物的化学作用，大气中的水分可能由于设计缺陷、质量缺陷等进入内部，使玻璃纤维增强环氧树脂管发生劣化。并且，玻璃纤维增强环氧树脂管的膨胀系数接近于零，而铝合金的膨胀系数为0.26×10-6，两者相差尽管很小，但气体无孔不入，为了保证产品在户外长期运行的可靠性与安全性，设计和制造时要能保证端部附件、玻璃纤维增强环氧树脂管和护套的界面联接和密封可靠。

4、关键参数控制

为降低劣化率，提高产品质量的稳定性和一致性，除加强生产管理和质量控制外，增加检验手段，提高技术参数也是剔除缺陷产品的一种有效途径。如对复合绝缘子关键是对压接过程的控制。现在已要求压接过程必须采用声发射探测法并配有其他有效的质量控制手段逐个检测，杜绝发生端部连接过压和欠压问题。要求复合绝缘子破坏负荷的平均值减去3倍标准偏差大于额定机械负荷。对于高吨位产品，还要求进行1.2SML持续24小时的机械拉伸负荷试验。芯棒的水扩散试验由早期规定的1毫安提高至小于0.3毫安。另外，对于不同电压等级的护套厚度进行了提高，芯棒要求逐个进行灯光透视检查，应能通过雷电冲击耐受电压试验和耐应力腐蚀试验及机械拉伸破坏负荷对比试验，伞裙护套材料的要求相比以往大大提高等。这些都是国内外首次进行的研究。

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