复合绝缘子异常发热现象及其机理的研究

Composite insulators are widely used on transmission lines. With the increasing of operation time, the degradation of the material is more and more urgent. In the south of China, many composite insulators were found abnormal heat on various transmission lines, which have caused a serious hidden danger to the safe operation of power system.Therefore, it is necessary to study the mechanism of the abnormal heating phenomenon of composite insulator. In this project,the main factors which cause abnormal heat and typical defects of insulator are analyzed by using infrade temperature test, partial discharge test, solid insulating material space charge test, nondestructive test and microstructive analysis methods.Carring out the water absorption and permeation tests of both insulator with defects and insulator materials, the mechanism of the water invading into the composite insulator is investigated.To study the relationship between developing processes of defect and abnormal heat, the artificial accelerated aging test are conducted on the insulators with defects.By analyzing the infulence of inner defect and environmental factors on abnormal heat，the interaction mechanism of abnormal heat and defect developing is presented, and the mechanism insulator abnormal heat are revealed. Based on the mechanism of the water intrusion and abnormal heat, the optimization of insulator materials and strcture are put forward.

复合绝缘子广泛应用于输电线路，但随着运行年限的增加，其性能劣化成为越来越紧迫的问题。中国南部地区多条线路出现大量复合绝缘子局部异常发热现象，并有异常发热绝缘子发生异常断裂的案例，给输电线路安全运行造成重大隐患，因此迫切需要开展复合绝缘子异常发热机理的研究。本项目从分析引起复合绝缘子异常发热的主要因素和典型缺陷特征入手，借助红外测温、局部放电测试、固体绝缘材料空间电荷测试、无损检测以及微观结构分析等技术，开展复合绝缘子材料和含缺陷复合绝缘子试样的吸水试验与透水试验，研究水分侵入复合绝缘子的机理；开展含典型缺陷复合绝缘子试样的加速老化试验，研究缺陷复合绝缘子的劣化过程和异常发热现象的发展过程，分析异常发热与内部缺陷、外部环境之间的关系，揭示异常发热与缺陷发展的相互作用机制，揭示复合绝缘子异常发热的机理。依据复合绝缘子水分侵入机理和异常发热机理，提出复合绝缘子材料和结构的优化方法。

本项目依托特高压工程技术（昆明）国家工程实验室和华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室，在对数百支异常发热复合绝缘子运行环境及温升特征调研的基础上，对引起复合绝缘子异常发热的典型故障进行了深入分析，明确了引起复合绝缘子异常发热的主要原因，揭示了水分侵入复合绝缘子的机理以及复合绝缘子异常发热的机理，并提出了复合绝缘子异常发热的抑制措施。主要技术内容如下：.（1）分析了异常发热复合绝缘子的温升特征，按照特征对异常发热复合绝缘子进行了分类，研究了环境温湿度、电场强度、表面污秽等因素对复合绝缘子异常发热的影响规律，明确了引起复合绝缘子不同类型异常发热的主要原因，提出了引起复合绝缘子异常发热的典型缺陷及表征方法；.（2）研究了配方、老化以及交流电场对水分侵入硅橡胶材料的影响规律，生产工艺、湿热老化对水分侵入芯棒材料的影响规律，以及复合绝缘子芯棒/伞套界面缺陷对水分侵入复合绝缘子的影响规律，结合Langmuir扩散模型，揭示了水分侵入复合绝缘子的过程；.（3）研究了复合绝缘子硅橡胶材料及芯棒材料的劣化特性，分别获得了电晕场强对硅橡胶材料老化特性以及湿热老化温度对芯棒材料老化特性的影响规律，建立了复合绝缘子异常发热与其材料缺陷之间的依赖关系，揭示了复合绝缘子异常发热的产生及发展过程；.（4）依据复合绝缘子异常发热的产生及发展过程，提出了复合绝缘子异常发热的抑制措施。.运行复合绝缘子的异常发热机理及其抑制措施的研究，涉及复合绝缘子材料的老化特性、表征方法以及水分侵入的机理，有着显著的工程实用价值和理论意义，以期为后续基于红外热像的复合绝缘子缺陷检测和运维提供依据。