2024年防酥朽防鸟啄新型硬质护套复合绝缘子技术报告

国网河南省电力公司电力科学研究院卢 明2024年9月 01技术背景 02技术研发内容 03推广应用 04酥断机理研究 05 一、技术背景 一、技术背景 复合绝缘子应用现状 复合绝缘子具有优异防污闪性能，目前全国用量已超1500万支；以河南公司为例，110千伏及以上绝缘子复合化率已超过90%，在运数量超130万支。 复合绝缘子是架空线路核心的绝缘及承力部件，是电能安全输送、国民经济正常发展重要保障，对电网安全影响巨大。 一、技术背景 复合绝缘子目前主要问题 至今仍存在啄受损发热酥朽两大难题，引起复合绝缘子闪络、断串等故障，实际运行寿命仅为设计值的60%左右。 每年鸟啄/发热引起缺陷、跳闸断串等故障高达数百起，占同类故障的80%以上 一、技术背景 复合绝缘子鸟啄问题 鸟啄受损会导致伞裙贯穿或芯棒裸露，极易引起局部电弧放电。 对华中地区2780串特高压绝缘子进行调研，发现鸟啄受损占比21.1%。 一、技术背景 (四)复合绝缘子发热酥朽问题 近年国网因酥朽引起的复合绝缘子断串敌障已达32起；河南、浙江等地陆续出现批次发热酥朽，更换几干串隐患发热500kV复合绝缘子，损失上干万元。 复合绝缘子芯棒酥朽导致机械、电气性能明显下降，存在极大断串风险。 二、技术研发内容 二、技术研发内容 技术研发内容-防鸟啄防酥量化评价方法 鸟啄特征与防护性能量化模型 （内容）：分析鸟啄分布特征，建立不同位置、不同程度鸟啄受损的复合绝缘子综合性能评估模型，综合鸟喙后的电场畸变与材质老化趋势，确定高压端部护套是最大受损风险点。 （成效】：通过材料的硬度与断裂能量评估复合绝缘子抗鸟啄性能，实现复合绝缘子鸟喙防护能力的精确量化，填补了鸟啄评估与防护空白。 技术研发内容-防鸟啄防酥朽量化评价方法 酥朽发展过程与评价方法体系 （内容）：基于封闭渗透试验的水分侵入护套模拟方法，建立基于玻璃纤维断裂与脂肪族结构基团降解的芯棒酥朽评估模型。 【成效】：水分侵入护套-芯棒界面是酥朽的直接诱因，提出防酥朽评估指标。 技术研发内容-防鸟啄防酥朽量化评价方法 复合绝缘子机械性能关键评估指标 （内容）：建立基于电、热、酸作用下宏观机械性能与微观形貌特征的芯棒性能评价方法，发热是放电条件下水分子极化、绝缘材质局部介损增强的综合体现。 （成效：明晰了局部发热与芯棒酥朽的关联关系，界定了机械性能关键评估指标。 国家电网二、技术研发内容-强韧性和憎水性环氧树脂硬质材STATEGRID国网河南省电力公司 环氧树脂材料低温韧性评估与提升 (内容】：交联点不均匀分布是制约环氧树脂材料低温韧性提升的关键因素，基于有机硅改性的共聚方法，调节活性基团当量优化材质分子链段均匀柔性交联特性，大幅改善材质韧性。 成效：环氧树脂材料低温韧性提高400%，断裂伸长率由10%提升至50% 国家电网二技术研发内容-强韧性和憎水性环氧树脂硬质材料STATEGRID国网河南省电力公司 环氧树脂材料憎水性改性提升 【内容】：环氧树脂材料强极性分子含量较高是导致其憎水性不足的重要原因，建立环氧树脂链段枝接/嵌段改性方法，克服了传统环氧树脂材料槽赠水性不足的缺陷。 国家电网技术研发内容-强韧性和憎水性环氧树脂硬质材STATEGRID十国网河南省电力公司 基于填料调控的环氧树脂材料防透水提升 (内容】：基于填料基质界面、交联密度等微观参数对防透水影响研究，建立基于填料种类、表面状态、粒径分布的防透水性调控方法，实现有效阻断水分侵入路径。 成效：防透水性能提升26倍，水分扩散系数由3.8×10-3降至1.38×10-4。 二技术研发内容-防鸟啄防酥朽新材料复合绝缘子 护套-芯棒界面性能定量评价模型 【内容】：构建基于微单元等效粘接理论的界面老化评估模型，薄弱界面区域产生缺陷并扩展是其界面老化的主要形式，建立融合界面老化评估模型。 （成效：提出以泄漏电流界面为指标的缺陷扩展指数，得到了界面性能定量评价指标。 技术研发内容-防鸟啄防酥朽新材料复合绝缘子 解决了防鸟啄的难题！ 硬质护套改性优化防鸟嫁性能 【内容】：提出基于活性基团改进的复合绝缘子硬质护套优化方案，改善护套交联分布均匀性，基于摆锤冲击试验的抗鸟啄性能试验平台研制，解决了鸟喙受损难题。 【成效】：新型环氧树脂护套材料断裂能量提升44倍，由70J/m2提升为3000J/m2。 二、技术研发内容-防鸟啄防酥朽新材料复合绝缘子 发明多形式硬质护套复合绝缘子 解决了防酥朽的难题！ （内容）：应用环氧树脂材料在芯棒护套界面处引入环氧基、键与酯基等强极性基团，发明了多种形式多电压等级的硬质复合绝缘子，利用硬质护套优异的阻水性和界面性能解决了发热酥朽的难题。 (成效】：界面剪切强度提升1倍，由2.6提高至5.5MPa。 三、 推广应用 三、推广应用 型式试验一一防鸟啄防酥朽新材料复合绝缘子 防鸟啄防酥朽新材料复合绝缘子系列产品通过了中国电科院型式试验。 产品定位：现有复合绝缘子的有力补充，在高湿热环境、鸟类活动频繁区域可替代使用。 三、推广应用 不同电压等级线路试应用 结合硬质材料优势，研制多种形式硬质复合绝缘子，重点部位采用硬质环氧材料，满足不同气候条件需求，并在典型地区应用。 应用成效：在河南、四川等地实现110-500干伏不同电压等级应用。 三、推广应用 不同电压等级线路试应用 四、酥断机理研究 四、复合绝缘子酥断机理研究 复合绝缘子酥断故障调研一一26起故障案例 调研到近几年发生的酥朽断裂故障案例26起(不完全统计） 四、复合绝缘子酥断机理研究 复合绝缘子酥断影响因素与规律 影响因素：地域特征、气候特征（温度、湿度）、环境参数（地形、海拔、风力）、电场串型。 （1）复合绝缘子酥朽断裂故障主要分布于南方和东部沿海地区； （2）统计到的26次酥朽断裂事故全部发生在潮湿地区，在甘肃、宁夏等干旱地区尚未 发现酥朽断裂事故，说明酥朽断裂故障与环境湿度高度相关。 四、复合绝缘子酥断机理研究 (3)复合绝缘子酥朽断裂与地形、海拔、风力等因素没有明显的关系 （4）复合绝缘子酥朽断裂事故全部发生在交流输电线路中（运行年限均在7年以上），集中在500千伏线路，且故障位置处于绝缘子高压端，可能与交流电场的介损发热有一定关系。 四、复合绝缘子酥断机理研究 复合绝缘子酥断影响因素与规律 （5）复合绝缘子酥朽断裂事故多发生于紧凑型V串或跳线串。 四、复合绝缘子酥断机理研究 复合绝缘子酥断影响因素与规律 (6)复合绝缘子酥朽断裂事敌多发生于紧凑型V串或跳线串，可能与这两类绝缘子更易受到弯曲、扭转载荷有关。 四、复合绝缘子酥断机理研究 复合绝缘子酥断机理 酥朽发展可划分为3个阶段或时期: >起始期 》加速发展期 >预失效期 四、复合绝缘子酥断机理研究 三复合绝缘子酥断机理 起始期 主要微观过程：多因素促进气隙产生; >结束主要标志：气隙产生，从而诱发局部放电。 加速发展期 》主要微观过程：气隙内发生持续扩展的局部放电，环氧树脂基体劣化，界面粘接破坏； 》结束主要标志：护套破损。 四、复合绝缘子酥断机理研究 三复合绝缘子酥断机理 预失效期 主要微观过程：芯棒与外界直接接触，劣化进程显著加快，酥朽断裂或内击穿已不可避免。 >轴向：放电沿轴向发展，在芯棒单侧形成酥朽，引发芯棒内击穿（220千伏以下）。 >径向：护套受损处持续放电，朽从表层向内音部径向发展加速，引发酥断（500伏以上）。 四、复合绝缘子酥断机理研究 (四四大因素（电场、湿度、温度、交变载荷）在酥朽发展中起到的作用 电场-主导因素 >在酥朽发展的初始期：一旦气隙形成，在高压端高场强的作用下，气隙内发生局部放电，使得禾朽发展进程进入加速发展期，芯棒中的环氧树脂开始降解。 >在酥朽发展的加速发展期：由局部放电引发的芯棒表面劣化可能改变芯棒表面电位分布，从而导致护套内外电位差在电场的作用下引发护套击穿形成电蚀孔。电场的存在也使得环氧树脂劣化产物的介质损耗发热加剧，造成局部热量堆积，高温加速了硝酸腐蚀芯棒的过程。 酥朽发展的加速发展期和预失效期，轴向场强将引起局部放电沿玻璃纤维丝-环氧树脂界面以及芯棒-护套界面持续发展，径向场强将引起芯棒在护套损伤位置附近的径向降解，最终诱发酥朽断裂。 四、复合绝缘子酥断机理研究 (四四大因素（电场、湿度、温度、交变载荷）在酥朽发展中起到的作用 环境湿度-诱导因素 温度-加速因素 在朽发展的起始期，外界环境的高温会加速水气的渗透，通过硅橡胶护套到达芯棒表面。 在酥朽发展的起始期，外界的水气在高湿地区较王燥地区更容易通过护套渗透至芯棒表面，加速气隙局部放电的形成。 在酥朽发展的加速发展期和预失效期，环境高温以及局部放电热传导介质损耗发热等热源主要起着加剧芯棒、护套的腐蚀劣化作用。 >在朽发展的加速发展期，外界的水气不断侵入，在局部放电的作用下导致绝缘子发热，并且液体的侵入引起介质损耗发热。 >在酥朽发展的预失效期，外界大气与芯棒直接接触：环境的湿度会更大程度加剧介质损耗发热芯棒劣化，从而加速绝缘子芯棒材料的劣化 四、复合绝缘子酥断机理研究 (四四大因素（电场、湿度、温度、交变载荷）在酥朽发展中起到的作用 交变机械载荷-全过程促进因素 >在酥朽发展的起始期，交变机械载荷的作用主要是导致内部玻璃纤维与环氧树脂构成的界面不断受到弯曲和扭转作用，使原本粘结良好的界面产生不同程度的损伤，机械载荷的持续作用导致芯棒-护套出现微裂纹，继而形成气隙，在电场的作用下引起局部放电 在酥朽发展的起始期和加速发展期，交变机械载荷的作用可能导致护套出现裂纹或微裂纹，从而显著加速外部大气渗透进入芯棒-护套界面的速率，使局部放电更容易发生。 在酉禾朽发展的加速发展期和预失效期，交变机械载荷会导致芯棒裂纹的扩展，在局部放电作用下形成碳化通道，同时配合放电、热、水、酸等因素的共同作用，加速芯棒劣化，导致酥朽芯棒表面出现由于交变机械应力而粉化的现象，最终在交变机械载荷的作用下导致酥断绝缘子发生断裂。 五、成果展望 五、成果展 解决酥朽发热的方法展望 硬质材料复合绝缘子（220干伏以下）。 硬质护套穿伞串联复合绝缘子（500千伏)。 高压端串接几片玻璃绝缘子（改善高压端电场，降低弯扭力，提升耐雷击防鸟害）。 ◆加大复合绝缘子护套厚度及提升初始含胶量（减缓水分子进入）。 谢谢！