- 頭條復合絕緣子用硅橡膠老化狀態的評估方法2020-11-19 作者：夏云峰、宋新明、何建宗、賈志東、王希林 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語廣東電網有限責任公司東莞供電局、清華大學深圳研究生院的研究人員夏云峰、宋新明、何建宗、賈志東、王希林，在2019年《電工技術學報》增刊1上撰文指出，復合絕緣子硅橡膠傘裙護套在長期的戶外運行條件下會出現老化現象，給絕緣子運行帶來隱患，運維單位需定期進行抽檢分析來評估硅橡膠的老化狀態，但目前尚無有效的評估方法。 本文從電網系統對硅橡膠性能要求的重要指標入手，將憎水性以及耐漏電起痕和電蝕損性能兩項指標分級，作為評估硅橡膠老化狀態的根本憑據，然后測量材料其他的宏觀微觀參數，將硬度、明度、密度、熱失重轉折點和終點的剩余比例以及典型官能團紅外光譜吸收峰等作為評估硅橡膠老化狀態的備選特征量。最后利用統計分析的數學方法研究性能指標及老化狀態與特征量之間的關系。 結果表明，利用硬度Hshore、HC分級以及密度能判別硅橡膠的老化狀態，方法簡單可行，便于運維人員對硅橡膠狀態的可靠的評估，保障了輸電線路的安全運行。
復合絕緣子主要是由外絕緣保護的高溫硫化硅橡膠傘裙護套和內部機械支撐的環氧樹脂玻璃纖維芯棒構成。相比于傳統的陶瓷玻璃絕緣子，由于硅橡膠材料獨特的憎水性和憎水遷移性，復合絕緣子具有優異的防污閃性能，再加上重量輕、沒有零值等的優點，已經廣泛應用于各電壓等級的架空輸電線路上。
近年來的直流輸電和特高壓發展，也大大促進了復合絕緣子在國內輸電線路上的大范圍推廣。截止到2018年2月28日，國家電網110kV及以上掛網運行的復合絕緣子數量達到7030761支，南方電網35kV以上掛網運行的復合絕緣子數量達到1480476支，其中廣東電網達551617支。
硅橡膠本質上是一種有機高分子材料，在復雜的戶外運行環境下，受到溫濕度、污穢、紫外線、日照、放電、臭氧等影響，硅橡膠傘裙護套表現出褪色、裂紋、撕裂、粉化等劣化現象，影響復合絕緣子的絕緣性能，給電網的安全穩定運行帶來巨大的隱患，引起了越來越多研究人員的重視。
目前國內外對于硅橡膠材料的老化特性已經有了較為深入的研究，使用的分析手段包括傅里葉紅外光譜（FTIR）、熱失重（TGA）、X射線衍射（XRD）、X射線光電子能譜分析（XPS）、核磁共振分析（MRI）等，能夠將一些老化特征與材料微觀參數之間建立聯系，但其與電網運維人員所關注的硅橡膠性能指標關系如何沒有進一步說明。
根據現行的行業標準，復合絕緣子檢測的指標主要從宏觀性能出發，包括外觀形貌、憎水性、傘裙耐漏電起痕和電蝕損、芯棒耐應力腐蝕、水煮干工頻電壓溫升、芯棒帶護套水擴散、機械破壞負荷、密封性能、陡波沖擊耐受、芯棒-護套粘接強度等，對硅橡膠傘裙護套、環氧玻纖芯棒以及兩者之間的界面都提出了嚴苛的要求。其中涉及到高溫硫化硅橡膠的性能指標，主要是外觀形貌、憎水性以及耐漏電起痕和電蝕損性能幾個方面，保證其具備良好的防污閃性能和耐燒蝕能力。
雖然這種評估方法有標準作為憑據，但是對于像耐漏電起痕和電蝕損性能這類的指標，不僅需要成套的儀器設備，還要耗費大量的時間和樣品，給輸電線路運維人員的決策帶來不便。有學者通過硅橡膠材料的電導電流測試得到的電老化閾值，可以用來反映材料的缺陷情況及老化狀態，提出了硅橡膠復合絕緣子老化狀態評估的新判據，對復合絕緣子老化狀態評估具有新的意義。
本文擬為運維人員提供更為便捷的硅橡膠老化狀態評估方法，同時兼顧電網系統內對硅橡膠材料性能指標的要求。在本文中，硅橡膠老化狀態評判最根本的憑據是依據行業標準檢測的硅橡膠材料性能指標，包括憎水性以及耐漏電起痕和電蝕損性能。然后通過測量材料其他宏觀微觀的性能參數，作為評估的備選特征量，進而研究性能指標以及老化狀態與特征量之間的關系，提取與研究對象關系最為緊密的若干特征量，最終建立一套簡單、可行的復合絕緣子用高溫硫化硅橡膠的老化狀態評估方法。
總結
- 1）參考行業標準，使用憎水性以及耐漏電起痕和電蝕損性能兩項性能指標衡量復合絕緣子用高溫硫化硅橡膠的老化狀態。
- 2）綜合現有的硅橡膠研究分析方法，提取了包括存在時間T、明度L*、密度、憎水分級HC、TGA轉折點剩余比例和終止點剩余比例以及FTIR圖譜中典型官能團吸收峰IR等的特征量。
- 3）通過Bayes判別法驗證了憎水性指標分類的可行性；二項logistic回歸分析方法的結果說明硅橡膠樣品的明度L*在所有特征量中與耐漏電起痕和電蝕損性能指標相關性最高；通過Hshore、HC等級以及三個特征量，能夠在很大程度上判別硅橡膠樣品的老化狀態，并且該方法簡單、可行，具備在電網系統中推廣使用的潛力。
