GlS盆式绝缘子老化机理研究及工程应用分析

GlS盆式绝缘子老化机理研究及工程应用分析

李永成彭彦军赵小林滕本科

（桂林供电局广西区541002）

摘要：GIS的主要组成部件是盆式绝缘子，它在使用中有很重要的作用。GIS还可以固定母线和它的插接式触头，它能够使母线穿越盆式绝缘子，只有这样才能由一个气室引到另一个气室。因此要有足够的机械强度；起母线对地或相间（共箱式结构）的绝缘作用，所以要求比较高，必须有足够的绝缘水平，还要有气密性和承受的压力。

关键词：绝缘子老化；机理研究；工程应用

引言：

目前盆式绝缘子采用环氧树脂及其他添加料，并在高真空下浇筑而成内部应无气泡和裂纹。成品要经过局部放电实验鉴定。虽然GIS设备的应用已受到全国广泛关注，但是最近几年以来，GIS设备经常发生故障。虽然绝缘材料有很高的机械和电气性能，但是对于这种长期处于GIS的高电压高温环境中的盆式绝缘子来说，工作状态和故障检测都是非常困难的。总体来说长期耐电性能的好坏直接关系到了产品的寿命。而盆式绝缘子是极易老化损坏的，当其发生故障的时候，会造成检修周期长，停电面积大等严重的后果，并且检修费用也高。据调查结果显示目前盆式绝缘子的故障比例以达到最高，因此如何通过对盆式绝缘子工作过程中的老化因素进行分析得到有效的绝缘状态和老化寿命评估方法已是迫在眉睫。

1、盆式绝缘子的内部设计及性能

盆式绝缘子，一般由绝缘件和金属附件用胶合剂胶合或机械卡装而成。盆式绝缘子的设计一般包括绝缘设计、力学设计、通流能力设计等几个部分。当盆式绝缘子满足这三个方面的要求时，它才能用于真实的产品。然而在运行过程中，大多数盆式隔板的两侧都会有压力，一般来说大的压力差取决于维护程序，然而这种情况经常会出现在盆式隔板一侧。然而它的另外一侧在进行维护，当然也有盆式隔板一侧承受的压力，假如说一侧长期的处在大气压力的下面，它还需要考虑在阳光辐射的影响下的最高温度，然而在维护期间盆式隔板承压侧的压力时也可以降低。绝缘子的基本性能包括电气、机械和热性能，还有耐环境和耐老化等多种性能。相对来说绝缘子的应用非常广，它属于外绝缘，他可以能够在大气条件下工作。

就一般来说绝缘子不仅可以支持各种外部带电导体，它还能够和大地做到绝缘。最近的一项研究结果展示了：绝缘子表面的金属颗粒往往会使部分的电场发生畸变，它还可以降低绝缘子表面的击穿电压，到了最后也有可能会造成绝缘子沿面放电和绝缘破坏的现象；通常来说仿真和试验得到的结果往往非常接近，然而在试验条件并不充分的情况下，它还可以通过仿真来计算盆式绝缘子的绝缘状态；如果金属异物积聚越多或位置越靠近高压端导体，对绝缘子的危害也就越大。

2、GIS设备故障

GIS内部空间非常有限，工作场强很高并且绝缘裕度相对比较小，只要出现哪怕只是微不足道的绝缘缺陷，就很容易造成严重的设备故障，影响电网的安全稳定运行，引起长时间大面积停电现象，检修周期长，建筑费用也及其的高。GIS的内部缺陷其实主要是指导体、壳体和盆式绝缘子上的颗粒或毛刺，自由自动的金属颗粒，盆式、盘式绝缘子内部缺陷，接触不良或者电位悬浮等等。而这些缺陷在运行工作中，可能会迅速发展甚至发设备故障。

气隔就是GIS内部的压力的各电器原件的气室间通过设置的能够使气体互不相通的密封间隔。这种气隔不仅可以将不同SF6气体压力的各个电器原件分割开来，而且能够在检修的时侯缩小停电对的范围，它还可以减少检修时SF6气体的回收。就GIS设备来说，我们要多加强对水平安装绝缘子的检测，更进一步的推广GIS超声波、超高频率局放在线装置地使用，使设备的状态可视化，能够确保设备的安全稳定运行。当实验室条件下，我们需要对输电线路复合绝缘子的老化试验方法，更需要考虑大气环境中各类老化因素，因此可以考虑对GIS内部老化因素进行实验设计。材料因素、环境因素、安装工艺、检修工艺往往会影响GIS盆式绝缘子放电，所以我们在安装或检修过程中必须要控制好清洁度、真空度、密闭行，然后更为重要的是做好GIS投运后的巡视检查和定期工作，这样可以避GIS盆式绝缘子发生故障。

3、人工加速老化实验和设备故障维护

现如今虽然随着GIS的广泛应用对盆式绝缘子的研究越来越多，但是没有深入到绝缘老化评估和寿命预测部分，就是因为这些研究都局限于单个问题的研究。现在我国国内所有文献中，对于盆式绝缘子老化机制的研究相对减少了，还没有形成任何可供这方面研究的规律和结论。然而在人工加速老化试验方面，虽然目前IEC及国标还没有关于固体电介质的电热综合因素的老化试验方法，并且复合绝缘子的老化试验方法能够形成了可观和系统的标准。盆式绝缘子是优质环氧树脂浇注而成，导电座浇注在中间，使边缘与金属法兰盘浇注在一起，这时盆式绝缘子爬电距离较短，因此要求其表面绝对不能受到污染，否则将降低其绝缘水平。

部分中间有孔的可以起到支持导体作用但不分隔气室。同样的中间浇注导电座的可以起到连接导体及分隔气室的作用。盆式绝缘子的构成材料是环氧树脂。然而环氧树脂是目前三大通用热固性树脂，它有着优良的力学性能和电绝缘性能，是目前热固性塑料中用量最大、应用最广的品种。往往会由于其耐候性和韧性都比较差，很容易发生光氧化和热老化。

我们很容易得通过对环氧树脂材料的试验数据分析联系到盆式绝缘子老化评估，轻轻松松了解盆式绝缘子老化机制进而避免许多不必要的麻烦故障。但是其中还有一个关键性的问题，就是固体电介质寿命预测模型，迄今为止大都是依照经验公式。

4、开辟盆式绝缘子寿命预测行径

基于盆式绝缘子老化评估的过程之上，我们公开了一种在人工加速老化试验的基础上的盆式绝缘子寿命评估方法。这个发明可以通过测取绝缘失效的绝缘电阻率，我们可以计算出绝缘电阻率的百分比，它被作为寿命终止标志，当环氧树脂材料老化到绝缘电阻率百分比时，它就降为此值，它就被认为是绝缘失效。本实验所述的方法针对盆式绝缘子封闭、高温和长期承受高电压的特点，利用多因子的实验室设计出来的人工加速老化试验平台，这样就可以测量出多个环氧树脂样品在不同老化程度下的特征量。在此基础上，对实验数据进行分析，利用已有的经验公式，采用曲线拟合技术。

我们可以将对环氧树脂材料的试验数据与盆式绝缘子的老化评估建立联系，提出一套盆式绝缘子寿命评估方法。在人工加速老化试验方法的盆式绝缘子寿命评估方法的基础上，我们需要对老化后的环氧树脂板进行电气测量，然后就此分析试验数据，最后通过物理量建立和盆式绝缘子之间的联系。在对不同时间老化后的样品进行电镜观察及电气参数测量，找出能代表老化程度的特征量，画出环氧树脂绝缘老化特征曲线，它结合了现有一定使用年限的盆式绝缘子相关参数，利用曲线拟合和威布尔概率分布法推算出盆式绝缘子的寿命预测模型。对盆式绝缘子寿命进行评估，并基于评估结果，对盆式绝缘子执行不同的寿命维护策略。

结束语：

与现有技术相比来说，此方法能够通过对人工加速老化的数据处理建立了环氧树脂样品试验数据和盆式绝缘子寿命预测之间的联系，开辟出盆式绝缘子寿命预测的一条可行的途径，对盆式绝缘子及其他电介质寿命预测有很大的指导意义。

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