CN1925067A - ±800kV特高压直流合成绝缘子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及绝缘子技术领域，特指±800kV特高压直流合成绝缘子，本发明的伞裙护套是选用以110－2甲基乙烯基硅橡胶为基体，添加补强剂气相法白炭黑，添加阻燃剂氢氧化铝微粉，添加适量助剂和硫化剂，经混炼，用整体注射工艺在模具中高温高压下使硅橡胶硫化成型为伞裙护套，伞裙护套是包覆于芯棒表面的，伞型为一大两小，且连续分布，再配合具有球头、球窝结构的金具组合为一完整绝缘子。本发明的绝缘子工作于±800kV特高压直流输电线路上，非常安全可靠，且其污闪性能、污秽耐受性能好，重量轻，尺寸小，运行基本免维护，电晕小，电磁干扰小。

Description

±800kV特高压直流合成绝缘子

技术领域：

本发明涉及绝缘子技术领域，特指一种±800kV特高压直流合成绝缘子。

背景技术：

绝缘子有瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子、硅橡胶合成绝缘子，瓷绝缘子历史悠久，机械、电气性能均满足各级电压的要求，因此，在交、直流输电系统中得到了广泛的应用。但是，随着大气污染日益加重，特别是直流系统的污秽更加严重，瓷绝缘子在污秽和潮湿条件下性能迅速下降的弱点也逐渐暴露出来，线路污闪事故时有发生。为此，人们对瓷绝缘子外形进行了改进，设计出钟罩型、双伞型，三伞型等防污产品，但这些产品的应用效果都不太理想，运行中需要逐渐增加串长，在重冰区性能下降较大，同时，需要定期清扫和零值检测等大量维护工作。

钢化玻璃绝缘子已大量用于各电压等级的线路上，其主要优势是机械强度高、零值自暴减少了运行工作量、耐电弧性能较好、老化过程较瓷质更慢。其不足为自暴率较高、易受外力打击破坏和散落的玻璃碎片影响耕作。

硅橡胶合成绝缘子由于污闪性能好，重量轻，尺寸小，价格便宜，运行基本免维护，电晕小，电磁干扰小等优点，目前在国内外得到了大量的使用，积累了丰富的成功运行经验，特别是在解决直流污秽问题上发挥了不可替代的作用。

另外采用瓷绝缘子或玻璃绝缘子，其串长过长，重量过重，从而使塔身重量和塔头尺寸大大增加，增加了工程的造价，同时，绝缘子串过长还会导致风偏过大，测零值及清扫等运行维护工作量剧增等问题。而采用合成绝缘子则可以很好地解决上述问题，但是，从目前国内外已投运的±500kV和±600kV超高压直流输电系统的外绝缘实际运行情况来看，大都不理想，污秽导致的外绝缘事故比初期设计时高出很多，有些在建成投运不久，就需要采取大量的后续调爬和其他的补救措施。

而目前正在建设的±800kV云广特高压直流输电工程，其面对的外绝缘条件更加复杂和恶劣，首先，工作电压更高，最高运行电压达到±824kV；其次，线路走廊的环境更加复杂、恶劣，高海拔、污秽、覆冰等不利条件同时存在，对线路绝缘子提出了更高的要求。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种满足±800kV直流输电线路各项电气性能需求的±800kV特高压直流合成绝缘子。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：所述的伞裙护套是以110-2甲基乙烯基硅橡胶为基体，添加补强剂气相法白炭黑、阻燃剂氢氧化铝微粉、适量助剂和硫化剂，其配方如下：

序号 原材料名称                   重量配比

(1)  甲基乙烯基硅橡胶110-2        95～105

(2)  气相法白炭黑                 33.25～36.75

(3)  氢氧化铝微粉                 118.75～131.25

(4)  兰色母胶1508#                0.0665～0.735

(5)  黑色母胶1800#                0.608～0.672

(6)  二氧化锌                     4.9～5.1

(7)  A-151                        0.95～1.05

(8)  羟基硅油                     4.75～5.25

(9)  含H硅油                      0.95～1.05

(10)  甲基硅油201          9.5～10.5

(11)  三乙醇胺             0.8455～0.9345

(12)  DCP                  1.0545～1.1655

所述的硅橡胶为乙烯基含量不同的几种硅橡胶的组合，分子量为60万硅橡胶，乙烯基含量为0.2。

所述的氢氧化铝微粉的细度为2000目，氢氧化铝的颗粒表面喷洒有硅油偶联剂。

所述的伞裙护套的伞形结构为一大两小连续分布。

所述的金具端部成型于伞裙护套内，金具的连接端部为球窝、球头结构。

所述的金具上设有一大一小两个均压环，均压环为圆环形结构。

所述的金具端部设有牺牲电极，牺牲电极为纯锌环。

所述的低压端均压环为圆盘形。

本发明的伞裙护套是选用以110-2甲基乙烯基硅橡胶为基体，添加补强剂气相法白炭黑，添加阻燃剂氢氧化铝微粉，添加适量助剂和硫化剂，经混炼，用整体注射工艺在模具中高温高压下使硅橡胶硫化成型为伞裙护套。按GB6553-86评定在严酷环境条件下使用的电气绝缘材料耐漏电起痕性和耐电蚀损的试验方法》；GB/T1602-1992《硫化橡胶绝缘电阻率的测定方法》；GB/T1693-1992《硫化橡胶工频介质损耗角正切值的测定方法》；DL/T810-2002《±800kV直流棒型悬式复合绝缘子技术条件》等标准进行包括撕裂，扯断，直流击穿强度，憎水性，耐漏电起痕等项目性能测试，其机、电综合性能的数值均应达到或超过相应标准值。合成绝缘子的伞裙护套是包覆于芯棒表面的，伞裙护套为一大两小，且连续分布，再配合有球头金具、大小圆环形均压环，，小环保护端部密封，大环降低端部电场强度，保护绝缘子不被电场老化，同时亦保护绝缘子不被污秽、雨水等浸蚀，防鸟害防冰雪；伞裙护套为空气动力学伞形设计，其自洁能力强，能够在非常恶劣的工作环境下正常工作，如覆冰、高海拔、严重污秽等恶劣环境下。本发明的合成绝缘子工作于±800kV特高压直流输电线上，安全可靠，且其污闪性能、污秽耐受性能好，重量轻，尺寸小，运行免维护，电晕小，电磁干扰小。

附图说明：

附图1为±800kV特高压直流合成绝缘子实施例1的结构示意图

附图2为±800kV特高压直流合成绝缘子实施例2的结构示意图

附图3为空气动力学伞形设计的结构示意图

具体实施方式：

实施例见附图1、2，所述的伞裙护套30是以110-2甲基乙烯基硅橡胶为基体，添加补强剂气相法白炭黑、阻燃剂氢氧化铝微粉、适量助剂和硫化剂，其较佳的配方如下：

序号 原材料名称                重量配比

(1)  甲基乙烯基硅橡胶110-2     100

(2)  气相法白炭黑              35

(3)  氢氧化铝微粉              125

(4)  兰色母胶1508#             0.07

(5)  黑色母胶1800#             0.64

(6)  二氧化锌                  5

(7)  A-151                     1

(8)  羟基硅油                  5

(9)  含H硅油                   1

(10) 甲基硅油201               10

(11) 三乙醇胺                  0.89

(12) DCP                       1.11

其中，硅橡胶为乙烯基含量不同的几种硅橡胶组合使用，分子量为60万硅橡胶，乙烯基含量为0.20左右，以提高胶料机械性能和老化性能。

对添加的白炭黑进行表面预处理，在白炭黑颗粒表面喷洒硅油偶联剂，大大提高硅橡胶伞裙护套的加工性能和憎水性，对白炭黑的添加量优化为硅橡胶的35％，

对氢氧化铝微粉进行细化，细化为2000目，并对其进行表面预处理，在氢氧化铝颗粒表面喷洒硅油偶联剂，由于细化提高了阻燃效果，由于表面预处理使氢氧化铝微粉表面从亲水性转为憎水性，在兼顾耐漏电起痕性能和憎水性情况下，把氢氧化铝微粉填充量优化为硅橡胶的125％。

采用先进的密炼-捏合-真空炼胶工艺制作高性能硅橡胶，各种粉料在密炼机中分批加压混合，在捏合机中集中混炼，用抽真空方式，排除低分子物质，经停放再返炼，再经停放后再加硫，然后提供给注射机注射成型，这种炼胶工艺生产的胶，具有很好的机械性能，不粘模，使产品具有完好的外观

伞裙护套30是密封在注射机模具中整体注射成型，模具分上下两半，按照设计的伞型加工制造，模具中还安装有芯棒15偏心定位装置，保证护套偏芯可控制在0.5mm范围内，上下模具各有三点控制温度，模具温度控制在150±2度范围内，每次注射硫化时间根据芯棒15粗细和护套30厚度定在10-14分钟。

合成绝缘子1在生产前，先将芯棒15整体打磨，预装金具2，预压接，芯棒15表面均匀塗偶联剂AP-133，塗偶联剂后要预烘15分钟就可放入模具注射硅橡胶伞裙护套30和密封，其注射工艺是采用整体注射工艺。

用上述胶料生产了试品，在瑞典STRI高电压试验室进行了全电压污秽耐受试验，项性能测试结果都表明使用上述胶料所制造的绝缘子性能优良。

所述的伞裙护套30为空气动力学的伞形结构设计，采用此结构的设计，伞裙护套上积尘少，且利用自然风容易将其上的积污清掉，自洁能力强，本发明的伞裙护套30的伞形结构为一大两小连续分布，可以更好地提高其自洁性能：

如设计伞间距和伞伸出之比H/L≥1，对绝缘子自洁性能很重要，亦保证总爬电距离有效；

设计大、小伞伸差A-B≥15mm，避免在降雨时大小伞间桥接；

伞上表面的倾斜角对其自洁性能起重要的作用，因此须使其倾斜角≥5°，本发明取其倾斜角为7.5°，其使其具有良好的自洁性能；

加大伞裙护套30的伞间距、占空比(S_□-S_w)/S_□亦能提高其自洁能力、减少积污、减少伞裙下表面局部放电。

所述的金具2的连接端，其设计为排水型球窝10、球头11结构，球窝10、球头11结构可保证雨水顺畅地沿其外表面流走，在金具2上不会留下积水缝。

另外金具2、3端部采用高温硫化硅橡胶整体注射包胶密封，极大提高合成绝缘子1的金具2、3端部密封可靠性，同时由于金具2、3端部被绝缘的硅橡胶包裹，使金具2、3端部无电晕产生，大大延长金具2、3端部密封硅橡胶的老化寿命。

金具2、3端部还设有牺牲电极20，牺牲电极20为纯锌环。大量的运行实践表明：在特高压直流电压±500kV下，硅橡胶复合绝缘子在表面泄漏电流作用下，在端部金具2、3和护套30密封胶之间，即金属和硅胶结合处会发生电化学腐蚀。端部金具2、3处于正极，造成结合处的金属材料在电解作用下受到腐蚀。当泄漏电流由于硅橡胶表面憎水性因某些因素减弱而增大时，这种电化学腐蚀会加剧。导致端部密封失效，使水汽渗透进入金具2内腔，浸蚀芯棒15。严重时会导致绝缘子1的机械承载能力下降，甚至发生脆断等恶性事故。本发明采用金属阳极保护层的方法，即在金具2、3本体材料表面热镀锌防腐技术，不管金具2、3在何部位发生电化学腐蚀现象，受腐蚀的永远是作为阳极的锌金属镀层。也就是说只要有足够厚的锌层作为金具主体材料的保护层，可确保在使用期内金具的机械承载能力不受电化腐蚀的影响。针对在±800kV直流电压下，尤其在端部金具2、3和护套30密封胶之间，易发生电化腐蚀现象，有针对性采用加厚锌金属保护层的结构，即镶嵌纯锌环20。

锌环的重量计算如下；

       W＝I×T×Z

其中W：表示被电化腐蚀的金属重量，单位克；

I：表示产生电化腐蚀的年电荷量

单位：A×h/years(安培×小时/年)

T：表示电流持续时间，单位：年数

Z金属的电化当量，单位：g/A×h克/安培×小时。

计算值取：I＝0.5A×h/years；

          T＝50years；

          Z＝1.2195g/A×h

设计时考虑到电化腐蚀主要发生在端部金具锌层和护套密封胶之间环状接触面中，该处的锌层厚度必须在50年使用期内电化腐蚀不超过锌环厚度的一半，则相当于50年电化腐蚀下，失去纯锌的重量

W＝0.5×50×1.2195＝30.488克。

因此确定锌环质量为100g左右，纯度为不小于99.8％的纯锌.从而可确保在50年的使用期内不因电化腐蚀使端部密封失效，导致机械承载能力受影响。

所述的高压端金具3上设有一大一小两个均压环26、27，均压环26、27为圆环形结构。在其高压端导线端采用引流式大小双均压环设计，用大均压环27降低端部电场强度，用小均压环26保护端部密封，其中，均压环27的主要作用是使金具3端部电场强度尽可能降低，因此，均压环27采用封闭大圆环，采用大口径的铝管制作均压环，以增大其曲率半径，均压环表面光滑，减少高压端电晕干扰，增大均压效果；

小均压环26采用小铝管制作，紧靠在护套硅橡胶上，用来屏蔽硅橡胶密封，使密封硅橡胶不被电场加速老化。

特高压直流合成绝缘子低压端铁塔端均压环25设计成封闭式，用铝板把低压端铁塔端圆管均压环焊接成封闭的圆盘，安装在直流合成绝缘子的顶部，可防鸟类啄咬绝缘子顶部的硅橡胶，也可防冰雪。

所述的合成绝缘子在1000米海拔以下地区、0.05mg/cm2的盐密条件下，爬电距离取35mm/kv，爬电距离不小于30000mm，安装高度为8700mm，这在国内外都是第一次，有效降低铁塔高度，降低总成本。

长产品在长途运输中比较困难，而图2所示的合成绝缘子1设计为两段，将长达10米的特高压直流合成直流绝缘子1设计为两段，便于长途运输，尤其是在高山峻岭中运输和搬运更加方便，将合成绝缘子1分成两段设计经实验证明，符合在特高压直流电压±800kV下对绝缘子各项电气参数的要求，能长期稳定工作，基本免维护。

Claims (10)

1、一种±800kV特高压直流合成绝缘子，合成绝缘子(1)包括芯棒(15)、金具(2、3)、均压环(25)、(26)和(27)、伞裙护套(30)，伞裙护套(30)包覆于芯棒(15)表面，伞裙护套(30)与金具(2、3)连接，金具(2、3)上分别安装有均压环(25)和(26、27)，其特征在于：所述的伞裙护套(30)是以110-2甲基乙烯基硅橡胶为基体，添加补强剂气相法白炭黑、阻燃剂氢氧化铝微粉、适量助剂和硫化剂，其配方如下：

序号   原材料名称               重量配比

(1)    甲基乙烯基硅橡胶110-2    95～105

(2)    气相法白炭黑             33.25～36.75

(3)    氢氧化铝微粉             118.75～131.25

(4)    兰色母胶1508#            0.0665～0.735

(5)    黑色母胶1800#            0.608～0.672

(6)    二氧化锌                 4.9～5.1

(7)    A-151                    0.95～1.05

(8)    羟基硅油                 4.75～5.25

(9)    含H硅油                  0.95～1.05

(10)   甲基硅油201              9.5～10.5

(11)   三乙醇胺                 0.8455～0.9345

(12)   DCP                      1.0545～1.1655

2、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的硅橡胶为乙烯基含量不同的几种硅橡胶的组合，分子量为60万硅橡胶，乙烯基含量为0.2。

3、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的氢氧化铝微粉的细度为2000目，氢氧化铝的颗粒表面喷洒有硅油偶联剂。

4、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的伞裙护套(30)的伞形结构为一大两小连续分布。

5、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的金具(2、3)端部成型于伞裙护套(30)内，金具(2、3)的连接端部为球窝(10)、球头(11)结构。

6、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的高压端金具(3)上设有一大一小两个均压环(26)和(27)，均压环(26)和(27)为圆环形结构。

7、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的金具(2)和(3)端部设有牺牲电极(20)，牺牲电极(20)为纯锌环。

8、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的合成绝缘子(1)由两段串联而成，。

9、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的合成绝缘子在1000米海拔以下地区、0.05mg/cm2的盐密条件下，爬电距离取35mm/kv，爬电距离不小于30000mm，安装高度为8700mm。

10、根据权利要求1所述的±800kV特高压直流合成绝缘子，其特征在于：所述的低压端均压环(25)为圆盘形。

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