CN103165247A - 新型长棒形瓷复合绝缘子及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型长棒形瓷复合绝缘子，包括绝缘子本体，在本体外设有外绝缘伞裙护套，在本体的两端部分别胶装有金具附件，在每个所述金具附件的安装内孔为呈锯齿形，每个金具附件的出口端的端部呈圆弧形并且在该端部的外面设有矩形槽。通过合理的结构设计，采用优质的生产原料，选择先进的制作工艺，具备优异的机电性能。使用高温硫化硅橡胶作外绝缘伞裙护套，以高强度陶瓷作内绝缘，采用变振工艺用高强度硅酸盐胶装端部附件而制成的瓷复合绝缘子。本发明绝缘子能杜绝复合绝缘子脆断和掉串事故，解决瓷绝缘子外绝缘污闪难题，是一种机械电气性能优异的新型长棒形瓷绝缘子，适用于各种极端恶劣的工况环境。

Description

新型长棒形瓷复合绝缘子及其制作方法

技术领域

本发明涉及特高压输电线路用长棒形瓷复合绝缘子，主要发明一种机械、电气性能优异的长棒形瓷复合绝缘子及其制作方法。

背景技术

高压绝缘子在电力系统中用量极大，其中高压线路绝缘子用量最多。近年来高压输电线路上所用的绝缘子串元件少则几万个，多则几百万个，均要求能保证有良好的长期运行性能。如果绝缘子长期运行性能不良，则因绝缘子的不断损坏和检修而不断停电，以致线路无法正常运行。

近年来，我国电力建设输电工程，交、直流特高压输电技术迅猛发展，但同时大气污染日益严重，线路污闪时有发生，对绝缘子电气特性提出了更高的要求。长棒形瓷绝缘子自身具有不可击穿性、优良的自洁耐污性能以及直流条件下优良的耐腐蚀性能和无劣化率等特性，可以大大提高线路的运行安全可靠性。因此，长棒形瓷绝缘子优良的技术特性越来越被广泛认知和认可，市场需求量逐年快速增加，但我国现使用的架空线路用长棒形瓷绝缘子均依赖进口，不但价格昂贵，且维护更换非常不便，因此，实现架空线路用长棒形瓷绝缘子产品的国产化，迫在眉睫。

发明内容

为了克服现有克服瓷绝缘子和复合绝缘子的缺陷和弊端，本发明的目的在于提供一种新型长棒形瓷复合绝缘子及其制作方法，该新型长棒形瓷复合绝缘子兼备瓷绝缘子机械性能可靠和复合绝缘子硅橡胶材料耐污闪能力强的特点，能杜绝复合绝缘子脆断和掉串事故，解决瓷绝缘子外绝缘污闪难题，是一种机械电气性能优异的新型长棒形瓷绝缘子，适用于各种极端恶劣的工况环境。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种新型长棒形瓷复合绝缘子，包括瓷棒绝缘子本体，在本体外设有外绝缘伞裙护套，在本体的两端部分别胶装有金具附件，在每个所述金具附件的安装内孔为呈锯齿形，每个金具附件的出口端的端部呈圆弧形并且在该端部的外面设有矩形槽。

所述外伞裙护套的结构为一个大伞两个小伞的顺序间隔排列，并且一个大伞两个小伞形成的每组伞有效泄露距离234mm。

所述外伞裙护套为硅橡胶护套。

所述外伞裙护套主要是由如下重量份数的原料制成的：110-2甲基乙烯基硅橡胶100份、气相法白炭黑35份、氢氧化铝微粉115份、色母胶1.5份、氧化锌5份、硅烷1.6份、硅油12份、三乙醇胺0.9份、γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷5.5份、双二五硫化剂1.2份。

上述新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，该方法包括如下步骤：

1）制作金具附件；

2）制作瓷棒绝缘子本体；

3）在瓷棒绝缘子本体的两端胶装步骤1）中制得的金具附件，得到半成品；

4）在步骤3）中得到的半成品上采用整体注射工艺使伞裙护套和半成品端部密封一次硫化成型，即得到所述新型长棒形瓷复合绝缘子。

步骤1）中，选用添加微量金属元素的耐候钢，通过锻造机加工工艺生产得到金具附件粗品，金具附件粗品的表面采用热浸锌工艺防腐，浸锌平均厚度大于86微米；然后将金具附件粗品的安装内孔中的胶状部位加工成锯齿形，将金具的出口端的端部设计变厚并成圆弧形，在该出口端位于用来外包胶的部位设计成矩形槽，最后逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外部缺陷，即得到所述金具附件。

选用耐候钢能长期有效保证金具不被恶劣气候腐蚀损坏，加上表面浸锌防腐，则可确保金具在复杂恶劣的极端工况下安全运行。安装内孔设计锯齿形，有效增大金具胶装面积，提高机械强度。端部圆弧形变厚可均匀运行中的电场强度，减少电晕，端部矩形槽有效增大硅橡胶与金具的接触面积，提高端部密封可靠性，保证产品长期稳定运行。安装部位端部壁厚增加，能在成本可控的基础上极大提高金具抗弯强度，再使用磁粉探伤和射线探伤筛选出高质量的金具附件用于本专利产品。

步骤2）中，首先将基料原料按配好的比例称料，加入基料原料总重量30%水得到浆料，然后对浆料进行球磨9h得到新浆料,然后将新浆料经过筛除铁后进行榨泥，得到的泥饼在真空练泥机内挤制，挤制得到的泥段再进行电阴干，最后成型、干燥后即得到生坯，生坯经上釉、上砂、烧成得到最后的瓷棒；其中基料原料包含如下的组分及重量份数：黑粘土2-5份，工业氧化铝35-45份，樟村土5-10份，泾阳土8-20份，左云土6-15份，青草岭7-15份，白胶泥11-20份，长石5-15份，宁海土1-5份，新会土1-5份。

与现有技术相比，本发明中瓷棒的优点是：所用原料均为现有的普通陶瓷矿物原料，采用工业氧化铝，有效提高瓷材料的机械强度，减少瓷件的裂纹、气孔等缺陷，从而达到提高产品整体强度的目的。使用了氧化锆增韧氧化铝陶瓷的低温液相烧结方法，有效地降低了陶瓷的烧结温度，在保证瓷棒性能的同时，降低了能耗。合理匹配不同矿物类型的粘土，是材料具有良好的工艺性能，特别是烧成性能，易于工艺控制，提高瓷棒合格率。

采用“裹釉砂”新工艺，很好的解决了棒形瓷绝缘子上砂的牢固性。在传统上釉上砂工艺中，砂是直接用粘结剂粘合在瓷坯表面再喷釉的，由于砂粒本身为不规则形状，喷釉时总有一部分面积喷不上釉，经过烧结后随着粘合剂的挥发，砂与瓷坯之间出现空隙。导致砂与瓷坯之间的粘结不是非常充分，从而影响了产品的机械强度。为了克服该缺陷，本项目提出了在砂粒表面预先裹上釉，将砂的不规则表面用釉填充实的新工艺，大大增加了二者的接触面积，增强瓷坯和砂的粘合强度。此外，填充于瓷坯和砂粒之间的釉层弥补了瓷坯表面微裂纹等缺陷，防止微裂纹的扩展，有效增加了瓷件的机械强度。

突破了传统棒形瓷绝缘子成型工艺，解决长棒形瓷绝缘子成型难的问题，提高产品品质、成品率以及生产效率。由于长棒形瓷绝缘子的杆径细（最小直径只有60mm）、高度长（最高达1600mm），成型非常困难，经常出现泥段断裂现象，生产效率很低。传统的成型工艺修坯刀具都是组合刀（大小伞同时修），在车修过程中阻力很大，很容易造成泥段弯曲变形甚至断裂。通过拆分组合刀为单刀，车修阻力大为减小，从而解决成型难这一大难题。

步骤3）中，首先在瓷棒绝缘子本体的两端胶装金具附件得到半成品，然后对半成品包胶位置进行预处理；预处理的工序为：先去除半成品表面可见污染及物理灰尘，再使用质量分数95%的乙醇清洗表面，把清洗后的半成品集中放入温度100摄氏度的烘箱，预烘20分钟，蒸发表面湿气和水分，取出至室温后，表面喷涂硅烷偶联剂；再把喷涂偶联剂的半成品放入温度50摄氏度的烘箱预烘，促进提高偶联剂活性，待注射时取出使用。

上述硅烷偶联剂是用质量分数99.9%的无水乙醇与丁二烯基三乙氧基硅烷1：1容积混合调配制成。

步骤4）中，将半成品放入高温高压的模腔内，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出硅橡胶，充满模腔空隙，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙。接着在130摄氏度和100bar锁模力作用下恒温600秒，使伞裙护套和端部密封一次硫化成型。

本发明绝缘子是通过合理的结构设计，采用优质的生产原料，选择先进的制作工艺，具备优异的机电性能。使用高温硫化硅橡胶作外绝缘伞裙护套，以高强度陶瓷作内绝缘，采用变振工艺用高强度硅酸盐胶装端部附件而制成的瓷复合绝缘子。

有益效果：与现有技术相比，本发明特高压输电线路用长棒形瓷复合绝缘子是在智能电网中实现线路安全输送、低成本、高寿命的新型复合绝缘输电装置关键部件之一，其通过不同数量元件的组合后，可用于500kV～1000kV交流及±400kV～±800kV直流输电线路上，作为高压架空输电线路上的绝缘和固定导线用。产品主要特点有：不可击穿性，无“零”值，电气性能良好且稳定；自洁性能优，其盐度和灰密值不到盘型绝缘子的三分之一；耐污闪性能好，污闪电压比盘型绝缘子平均高18%；直流输电系统中耐腐蚀性能优，几乎无离子迁移；机械性能好，稳定性高，免清洗，运行费用低，使用寿命长达50年。该产品填补国内空白，结束我国不能自主研制和生产架空线路用长棒形瓷复合绝缘子的历史。

附图说明

图1为本发明金具附件的结构示意图；

图2为本发明外伞裙护套的结构示意图；

图3为传统端部密封结构示意图；

图4为图3中A处的局部放大图；

图5为本发明端部密封结构示意图；

图6为图5中B处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-2所示，一种新型长棒形瓷复合绝缘子，包括绝缘子本体1，在本体1外设有外绝缘伞裙护套2，在本体1的两端部分别通过胶合剂4胶装有金具附件3，在每个所述金具附件3的安装内孔31为呈锯齿形，每个金具附件3的出口端32的端部呈圆弧形并且在该端部的外面设有矩形槽33。其中所述外伞裙护套2的结构为一个大伞21两个小伞22的顺序间隔排列，将相邻的一个大伞21两个小伞22形成一组，每组伞有效泄露距离234mm。上述外伞裙护套2为硅橡胶护套。

上述新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，该方法包括如下步骤：

1）制作金具附件3：选用添加微量金属元素的耐候钢，通过锻造机加工工艺生产得到金具附件3粗品，金具附件3粗品的表面采用热浸锌工艺防腐，浸锌平均厚度大于86微米；然后将金具附件3粗品的安装内孔31中的胶状部位加工成锯齿形，将金具的出口端32的端部设计变厚并成圆弧形，在该出口端32位于用来外包胶的部位设计成矩形槽33，最后逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外部缺陷，即得到所述金具附件3。

2）制作瓷棒绝缘子本体1：首先将基料原料按配好的比例称料，加入基料原料总重量30%水得到浆料，然后对浆料进行球磨9h得到新浆料,然后将新浆料经过筛除铁后进行榨泥，得到的泥饼在真空练泥机内挤制，挤制得到的泥段再进行电阴干，最后成型、干燥后即得到生坯，生坯经上釉、上砂、烧成得到最后的瓷棒；其中基料原料包含如下的组分及重量份数：黑粘土3份，工业氧化铝40份，樟村土8份，泾阳土12份，左云土11份，青草岭12份，白胶泥15份，长石10份，宁海土3份，新会土3份。

3）在瓷棒绝缘子本体1的两端采用添加市售的超细硅灰粉配方的硅酸盐水泥胶合剂胶装步骤1）中制得的金具附件3，得到半成品；然后对半成品包胶位置进行预处理；预处理的工序为：先去除半成品表面可见污染及物理灰尘，再使用质量分数95%的乙醇清洗表面，把清洗后的半成品集中放入温度100摄氏度的烘箱，预烘20分钟，蒸发表面湿气和水分，取出至室温后，表面喷涂硅烷偶联剂；再把喷涂偶联剂的半成品放入温度50摄氏度的烘箱预烘，促进提高偶联剂活性，待注射时取出使用。其中硅烷偶联剂是用质量分数99.9%的无水乙醇与丁二烯基三乙氧基硅烷1：1容积混合调配制成。

4）在步骤3）中得到的半成品上采用整体注射工艺使伞裙护套2和半成品端部密封一次硫化成型，即得到所述新型长棒形瓷复合绝缘子；具体工艺如下：

41）首先配制外伞裙护套2的原料配方，配方如表1所示为：

表1外伞裙护套的原料配方

序号	材料名称	主要作用	重量份数
				1	110-2甲基乙烯基硅橡胶	基体主材	100
2	气相法白炭黑	补强剂	35
				3	氢氧化铝微粉	阻燃剂/填充剂	115
4	色母胶	着色剂	1.5

5	氧化锌	引发剂/促进剂	5
				6	各规格硅烷	偶联剂	1.6
7	各规格硅油	分散剂/配合剂	12
				8	三乙醇胺	增塑剂/活化剂	0.9
9	γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷	改性基体	5.5
				10	双二五硫化剂	硫化剂	1.2

选用110-2甲基乙烯基硅橡胶为基体,添加进口气相法二氧化硅补强剂,添加纳米级氢氧化氯阻燃剂,添加少量γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷，再添加适量引发剂、助剂和硫化剂，经加压密炼、真空捏合、室温混炼，然后将混炼后的物料挤出机中，待用；

42）将半成品放入高温高压的模腔内，采用金具附件3外径与合模后模腔内径紧密切合方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出硅橡胶，充满模腔空隙，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙。接着在130摄氏度和100bar锁模力作用下恒温600秒，使伞裙护套2和半成品端部密封一次硫化成型，即得到本发明长棒形瓷绝缘子。

本发明新型长棒形瓷复合绝缘子机械电气性能技术指标如表2所示：

表21000kV瓷复合绝缘子系列产品主要技术指标

采用本实施例中的外伞裙护套的配方，得到了下列优异的机械电气性能，具体如表3所示。

表3：外伞裙护套性能表

项目名称	性能参数	项目名称	性能参数
				体积电阻率Ω.m	≥1×1012	斜面法耐漏电起痕及电蚀损	4.5
直流介电强度kV/mm	≥35	阻燃性试验	FV-0级
				交流介电强度kV/mm	≥20	憎水性	HC1
机械抗张强度MPa	≥4	憎水性迁移	HC1
				机械抗撕强度kN/m	≥10	憎水性恢复	HC1

采用上述基材且经过优化及前期处理，具体为：选用乙烯基含量不同分子量60万左右的几种甲基乙烯基硅橡胶组合作基体主材,并加入分子量55万左右的γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷作改性基体，提高混炼胶机械性能、老化性能、抗酸碱性能和耐候性。选用美国卡博特公司进口的高比表面积气相法二氧化硅，并用六甲基二硅氮烷进行表面处理，使表面上的大部分羟基转变为三甲硅氧烷基，降低表面硅羟基质量分数以及对水的吸附作用,提高混炼胶耐热性能和老化性能，并保证其优异的机械性能。选用纳米级氢氧化氯微粉，在不降低混炼胶机械性能的同时，提高混炼胶耐电蚀性，保证产品在高压电场中长期稳定运行。配方中加入含有甲基自由基团和硅氧烷分子的各规格硅油，提高混炼胶憎水性及憎水迁移性，增强产品污闪电压。配方中加入含有双官能团或多官能团的各规格硅烷，提高混炼胶附着力和黏粘性，保证宏观界面粘接质量。使用氧化锌和三乙醇胺的活性和引发能力促进混炼胶在双二五交联作用下在130摄氏度左右一次硫化成型，提高混炼胶可塑性，使生产过程安全、环保、低耗且省时、省力、高效，产业化成型产品外形美观质量优异。

利用风洞模拟试验、空气流场测试和空气流场的数值模拟对本专利产品伞形进行了积污及空气流场特性的研究，以此设计了本专利产品的空气动力学伞形结构。

采用一大两小空气动力学伞形结构，较之传统的等伞或大小伞可有效提升爬电距离利用率,提高产品耐污能力。增大大伞间距和大伞伸出，提高产品自结性和防强降雨能力，合理的大小伞倾角保证伞盘表面雨雪不滞留，污秽少累积，自结性提高。

采用硅橡胶做外绝缘伞裙护套最大化弥补了瓷棒形绝缘子的工艺缺陷，不仅提高最终合格率，而且降低过程能耗，且废品废料可循环再生利用，节省资源，较瓷棒形绝缘子整体节能约20%。采用加入改性基体的高温硫化硅橡胶，极大提供外绝缘的耐老化性能和整体机电性能，使其能适应各种极端运行环境。在产品高压端注射成型一片大伞，彻底解决大雨引起的电气桥接和冰雪引起的运行故障。

本发明与传统成型工艺的对比情况如下：

传统成型工艺需要制作带有伞裙的瓷体，经预烘后淋釉烧制，为提高胶装强度，须在瓷体端部安装位置喷淋砂釉，但砂釉疏松且空隙开放。如图3和图4所示，在胶装后，瓷体的少量砂釉和胶装剂裸露大气中，运行中会积水积污，在电场作用下形成酸蚀，尽管其强度可靠且耐候性强，但在长期的运行中依然是产品失效的切入点。

本发明采用的硅橡胶伞裙护套，耐候耐老化耐长期高压电场能力优异，其端部密封在高温高压模具中注射包胶。如图5和图6所示，多重界面的端部密封在注射包胶后转化成伞裙护套的单材料对抗外界侵蚀，减少产品失效突破口，保证产品长期运行安全稳定。

实施例2：与实施例1基本相同，所不同的是步骤2）中瓷绝缘子本体的基料配方，配方如下：黑粘土5份，工业氧化铝45份，樟村土10份，泾阳土20份，左云土6份，青草岭7份，白胶泥11份，长石15份，宁海土5份，新会土5份。

实施例2：与实施例1基本相同，所不同的是步骤2）中瓷绝缘子本体的基料配方，配方如下：黑粘土2份，工业氧化铝35份，樟村土5份，泾阳土8份，左云土15份，青草岭15份，白胶泥20份，长石5份，宁海土1份，新会土1份。

Claims (10)

1.一种新型长棒形瓷复合绝缘子，包括瓷棒绝缘子本体，在本体外设有外绝缘伞裙护套，在本体的两端部分别胶装有金具附件，其特征在于，在每个所述金具附件的安装内孔为呈锯齿形，每个金具附件的出口端的端部呈圆弧形并且在该端部的外面设有矩形槽。

2.根据权利要求1所述的新型长棒形瓷复合绝缘子，其特征在于，所述外伞裙护套的结构为一个大伞两个小伞的顺序间隔排列，并且一个大伞两个小伞形成的每组伞有效泄露距离234mm。

3.根据权利要求1或2所述的新型长棒形瓷复合绝缘子，其特征在于，所述外伞裙护套为硅橡胶护套。

4.根据权利要求1所述的新型长棒形瓷复合绝缘子，其特征在于，所述外伞裙护套主要是由如下重量份数的原料制成的：110-2甲基乙烯基硅橡胶100份、气相法白炭黑35份、氢氧化铝微粉115份、色母胶1.5份、氧化锌5份、硅烷1.6份、硅油12份、三乙醇胺0.9份、γ-三氟丙基甲基聚硅氧烷5.5份、双二五硫化剂1.2份。

5.根据权利要求1所述的新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1）制作金具附件；

2）制作瓷棒绝缘子本体；

3）在瓷棒绝缘子本体的两端胶装步骤1）中制得的金具附件，得到半成品；

4）在步骤3）中得到的半成品上采用整体注射工艺使伞裙护套和半成品端部密封一次硫化成型，即得到所述新型长棒形瓷复合绝缘子。

6.根据权利要求5所述的新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，步骤1）中，选用添加微量金属元素的耐候钢，通过锻造机加工工艺生产得到金具附件粗品，金具附件粗品的表面采用热浸锌工艺防腐，浸锌平均厚度大于86微米；然后将金具附件粗品的安装内孔中的胶状部位加工成锯齿形，将金具的出口端的端部设计变厚并成圆弧形，在该出口端位于用来外包胶的部位设计成矩形槽，最后逐个通过射线探伤和磁粉探伤剔除其内外部缺陷，即得到所述金具附件。

7.根据权利要求5所述的新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，步骤2）中，首先将基料原料按配好的比例称料，加入基料原料总重量30%水得到浆料，然后对浆料进行球磨9h得到新浆料,然后将新浆料经过筛除铁后进行榨泥，得到的泥饼在真空练泥机内挤制，挤制得到的泥段再进行电阴干，最后成型、干燥后即得到生坯，生坯经上釉、上砂、烧成得到最后的瓷棒；其中基料原料包含如下的组分及重量份数：黑粘土2-5份，工业氧化铝35-45份，樟村土5-10份，泾阳土8-20份，左云土6-15份，青草岭7-15份，白胶泥11-20份，长石5-15份，宁海土1-5份，新会土1-5份。

8.根据权利要求5所述的新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，步骤3）中，首先在瓷棒绝缘子本体的两端胶装金具附件得到半成品，然后对半成品包胶位置进行预处理；预处理的工序为：先去除半成品表面可见污染及物理灰尘，再使用质量分数95%的乙醇清洗表面，把清洗后的半成品集中放入温度100摄氏度的烘箱，预烘20分钟，蒸发表面湿气和水分，取出至室温后，表面喷涂硅烷偶联剂；再把喷涂偶联剂的半成品放入温度50摄氏度的烘箱预烘，促进提高偶联剂活性，待注射时取出使用。

9.根据权利要求8所述的新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂是用质量分数99.9%的无水乙醇与丁二烯基三乙氧基硅烷1：1容积混合调配制成。

10.根据权利要求5所述的新型长棒形瓷复合绝缘子的制作方法，其特征在于，步骤4）中，将半成品放入高温高压的模腔内，采用金具附件外径与合模后模腔内径紧密切合方式定位，通过螺杆匀速旋转均匀挤出硅橡胶，充满模腔空隙，期间通过四次合模力的简谐波动，排除模腔热空气，使硅橡胶完全并密实的充满模腔空隙；接着在130摄氏度和100bar锁模力作用下恒温600秒，使伞裙护套和端部密封一次硫化成型。

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