為什么復合絕緣子均壓環不能裝反？

 復合絕緣子又稱合成絕緣子，最早誕生于德國，1967年由德國赫斯特公司研制成功，投入到123kV線路上運行，至今已有30多年的運行經驗。復合絕緣子首先在美、英、法、意、俄、日等國家得以迅速發展，并在世界范圍內得到廣泛的推廣。中國的復合絕緣子生產起步較晚，于1974年由國家鐵道研究院研制出環氧樹脂絕緣子，1978年研制出硅橡膠復合絕緣子，并投入數千支產品試運行，取得了寶貴的運行經驗。近10年內復合絕緣子在中國的使用量迅速增長，到1998年已經居世界第二位了，2000年起又開始在±500kV直流輸電線路上大量使用。目前已經有大約600萬支復合絕緣子運行在我國電力系統。

 硅橡膠復合絕緣子一般由兩種以上的有機材料合成，它具有重量輕、強度高（芯棒）、抗沖擊、耐污閃電壓高、易安裝、無需測零、遭雷擊、污閃時不會發生絕緣擊穿等優點，復合絕緣子由芯棒、護套、傘裙、端部金具及其附件組成，是重污穢區的首選。

 硅橡膠的原膠其機械強度很低，采用“過氧化物”為硫化劑，硫化溫度為150℃～180℃，加熱使有機氧化物分解與橡膠有機側基形成交聯，成為硫化硅橡膠膠（即高溫硅橡膠）。硅橡膠采用加入氣象法白炭黑（降低成本用沉淀法白炭黑，其強度大打折扣），以保證硅橡膠的抗拉、撕裂強度。

 在硅橡膠中加一定比例的“氫氧化鋁細微粉末”，可明顯提高硅橡膠的耐電弧燒灼能力。

 液態硅橡膠是指“官能度”為二的含乙烯基的聚二甲基硅氧烷，它分為兩個組分，混合均勻后在鉑化物的催化作用下產生“加成反應”，發生鏈增長和鏈交聯，同時在90℃～110℃中溫下硫化的一種硅橡膠。

 復合絕緣子屬“全阻性”產品，它不同于瓷質、玻璃等盤形絕緣件、間隔鋼帽、鋼腳絕緣子串中間分布有雜散電容（盤形絕緣子因結構的特點有較大的縱向電容（約70－100PF），它能使導線的電場發生畸變，從而調整絕緣子軸向電壓分布）。復合絕緣子在超高壓線路中，它處在極不均勻的電場中，在導線附近只有比較短的距離處在高場強位置，中間相當長的絕緣串處于電場相對較低的位置，必須靠兩端安裝金屬均壓環來改善絕緣子串的分布電壓，保護過電壓短路、閃絡時電弧對硅橡膠傘裙灼傷，保護兩端芯棒、金具連接處不因漏電起痕及電蝕損破壞密封性能，金具與芯棒及護套等材料之間的界面，這是復合絕緣子最危險的界面，該界面處材料種類多，電場強度高，界面處空氣容易發生電離，導致硅橡膠樹枝狀放電而使硅橡膠護套電蝕。造成該處界面直接與大氣接觸。在電場的作用下產生電暈，使空氣中的氮氣與氧氣反應，產生亞硝酸酐，然后與水蒸氣反應，生成亞硝酸，腐蝕芯棒，造成復合絕緣子脆斷，釀成線路掉線的重大事故，另外高場強處金具端口附近極易產生電暈放電，可使以硅橡膠為主體材料的護套長期經受電暈的燒蝕，憎水性減弱直至消失。復合絕緣子兩端裝均壓環，其環間的主電容C大小，正比于均壓環的等效面積，反比于均壓環間的距離。由于均壓環等效面積（750px）小，絕緣子距離（10000px）長，因此其主電容C很小，復合絕緣子對地、鐵塔和導線的雜散電容仍然起重要作用，其電場按雜散電容來分布是極不均勻的。

 復合絕緣子兩端存在有均壓環，增大了兩端的主電容，減少了雜散電容的影響，達到了均壓的目的。以500kV為例，沒有安裝均壓環前，15％的芯棒上承擔100％的工作電壓；兩端安裝上均壓環后，其55％的芯棒上承擔100％的工作電壓，可見其均壓作用。盡管正常的復合絕緣子兩端安裝有均壓環，但高壓端的分布電壓仍然有30kV∕cm左右，雖然此時的電場強度不會擊穿空氣，但在高電場下，復合絕緣子的硅橡膠護套、芯棒等還是容易因過大的泄漏電流，造成局部過熱，引起局部放電和加速老化或電蝕現象。

 試驗研究結論：瓷質、玻璃絕緣子串與硅橡膠復合絕緣子串的雷電沖擊放電特性，均由其兩端金屬間的距離決定，在相同的環境條件情況下，絕緣子串兩端金屬間的干弧距離相同，其沖擊放電電壓值基本相同，若絕緣子串安裝有均壓環的話，它的干弧距離就是環間距離，此時的沖擊放電特性在均壓環間發生，與絕緣子串是否瓷質、玻璃或硅橡膠的材質無關。

 雖然均壓環能改善復合絕緣子的整體分布電壓，其效果還是沒有盤形絕緣子串分布的均勻，但能明顯地降低芯棒、金具連接處的場強。而改善場強與選擇適當的均壓環外徑、管徑尺寸外（實驗證明：高壓端均壓環的管徑r越大越能降低裝環側的端部場強和平均場強，當r＞10mm時，端部場強可降低至空氣擊穿場強（3.0kV/cm）以下；均壓環半徑R太小，會使距高壓側10％的絕緣距離處場強有增大趨勢，而均壓環半徑R越大越能降低平均場強，使電場分布更均勻，因此推薦500kV高壓端均壓環半徑R一般取250mm～300mm為宜）。還與均壓環深入（抬高）傘裙的距離有很大的關系，當均壓環的深入距Δh≈0，均壓環開口平面處的芯棒、金具連接處將承受最大場強，如果其最大場強值超過空氣擊穿場強（3.0kV/cm）時，將發生較嚴重的電暈放電，這類集中電場會使硅橡膠材料中的微孔隙、材料缺陷或不同界面處產生漏電起痕，，即在約6％的長度絕緣子串上要承受25％～30％的運行電壓，從而加速芯棒老化和硅橡膠護套因電蝕穿孔而導致密封性能破壞，引發復合絕緣子芯棒斷裂掉串事故。試驗證明：330kV復合絕緣子施加190kV試驗電壓，均壓環深入距Δh＝0時，測得芯棒、鋼腳壓接處場強超過5.5kV/cm～6.5kV/cm,第一片傘裙上分布電壓達28kV～34kV（占運行電壓的20％～26％）。當均壓環罩入屏蔽住2～4個傘裙（即抬高120mm～150mm）時，芯棒端部連接處場強降低到0.4kV/cm～1.6kV/cm，傘裙最大分布電壓僅為運行電壓的10％。但若均壓環深入距太深，會縮短了橫擔、導線間的干弧距離，降低了絕緣子串的雷電沖擊放電電壓值。另外線路施工及工程竣工驗收時，絕大多數單位都沒有按復合絕緣子均壓環的深入尺寸進行驗收，普遍采用在地面以目測方式觀察復合絕緣子的上下均壓環開口是否對齊來檢驗它的整個安裝質量。由于有的員工對均壓環的原理不什么清楚，工程中有發現反裝現象，合成絕緣子高壓側均壓環正確安裝時金具端部場強為14.12kV/cm，倒裝時為30.79 kV/cm，當均壓裝置反裝時，倒裝后使高壓側金具端部場強比正確安裝時增大.由于高壓側均壓環倒裝，起始電暈電壓只有276kV，比正常運行電壓低，當線路在最高運行電壓318kV時，高壓側芯棒護套與金具端頭聯接處有強烈的可見電暈放電，并形成刷狀放電，其刷狀放電前沿抵達絕緣子高壓側的第一個大傘裙。如長期在此狀況下，將會加速端部界面密封膠的電蝕和開裂。說明均壓環的正確安裝，對復合絕緣子的電氣性能影響很大。其次有的單位還出現將原設計的懸垂雙串盤形防污玻璃絕緣子串更換成復合絕緣子時，未將盤形雙串的FJP－500XDL（腰子形）均壓環同時更換，錯誤地將原盤形絕緣子的腰子形均壓環來替代隨新復合絕緣子帶來的圓形均壓環，從而在更換后運行不到一年時間，再次發生新更換的復合絕緣子芯棒脆斷事故。