复合绝缘子的运行特性及可靠性分析.doc

复合绝缘子的运行特性及可靠性分析来源：武汉高压研究所 时间：2007-11-08 吴光亚，蔡 炜，肖国英，顾光和，张 锐，徐 涛 （武汉高压研究所，湖北武汉430074） 信息来源:摘要:在运行经验和试验研究的基础上，对复合绝缘子的运行特性和可靠性进行分析，指出了我国复合绝缘子在运行中应注意和研究的问题，同时提出了制造企业对其制造工艺、结构应改进的建议。 关键词:复合绝缘子;运行特性能;可靠性 0 前言 至今为止，我国输变电设备中已成功地使用了复合绝缘子约200万支，大大地降低了输变电设备的跳闸率，极大地提高了输变电设备安全运行可靠性。结合我国国情，复合绝缘子在我国输变电设备中还会得到大量使用。 武汉高压研究所自1994年以来先后与广州市供电局、河北省电力局等电力部门和广州MPC国际电工有限公司、东莞市高能实业公司等制造部门合作开展复合绝缘子运行特性及可靠性研究。同时电力部电气设备质量检验测试中心电瓷质检站对运行复合绝缘子进行了抽样试验和仲裁试验（委托）。其结论是复合绝缘子的机械、电气和温度特性等满足运行对其要求，但复合绝缘子在运行不同年限后出现憎水性下降、机械强度降低、电气性能下降、密封破坏、绝缘子掉串和劣化等现象。文章结合已开展的工作逐一对复合绝缘子的运行特性及可靠性和运行中出现的重大问题进行具体分析。在此基础上指出我国对复合绝缘子应注意和研究的问题，同时也提出了制造企业对其制造工艺、结构应改进的建议。 信息来源:1 运行特性及可靠性分析 1.1 外观检查 对运行最长时间11年和最短时间1年不同年限的所有不同电压等级的复合绝缘子，经外观检查，发现其绝缘表面出现局部放电，憎水性减弱;连接部位脱胶、裂缝、滑移;伞套材料脆化、硬化、粉化、开裂、起痕、树枝状通道、蚀损;伞裙变形严重;金属附件锈蚀和芯棒暴露等现象。说明我国复合绝缘子的劣化现象较为严重。不同地域所表现出的劣化程度不一样。广东运行复合绝缘子憎水性下降比其他地域严重1，2，说明大气条件对复合绝缘子的劣化影响较大。复合绝缘子的耐紫外 光性、耐潮湿性和耐高低温性，因地域不同反映出劣化程度不同。需要说明的是，以上所列举的劣化现象几乎包罗了复合绝缘子的所有劣化现象。但从各运行部门自己所掌握的劣化情况看，可能并没有本文中所列举的严重，因我们开展合作的运行部门所提供的复合绝缘子是问题较严重的绝缘子。 1.2 劣化性能 为了研究劣化性能，除进行外观检查外，还进行了跌落试验、憎水性试验、低温模拟试验、水煮试验及耐应力腐蚀试验、伞套起痕及蚀损试验、突然卸载试验和热机试验。经受三次跌落试验后试品的伞裙、护套未出现断裂;染色渗透检验裂痕均无异常，说明密封性能良好;突然卸载和热机试验以及伞套起痕和电蚀试验均满足JB.T58921991对其要求，试品完好。仅是在试验前、后憎水性出现下降，芯棒渗透和水扩散及耐应力腐蚀试验也满足相关标准的要求。说明我国复合绝缘子芯棒制造技术已发展到了一定的水平。低温下的憎水性出现了较大程度的降低，不同企业憎水性下降程度不同，低温模拟试验的方法是将复合绝缘子放入所设定的低温条件下28h，在温度充分达到平衡后取出检查憎水性。表1中是某企业运行复合绝缘子的测量结果。从结果看存在1个低温临界点，在临界点以下无憎水性，绝缘子表面极易结冰。不同配方绝缘子其低温临界点不同，运行时间也影响低温临界点，由低温造成的憎水性丧失其恢复时间较快。 信息来源: 表1 低温下复合绝缘子憎水性测量结果 信息来源:以上结果表明，运行复合绝缘子的老化性能较好，但是反映出的问题是憎水性试验、热机试验、1000h盐雾试验和低温模拟试验皆出现憎水性有较大程度的下降。憎水性出现部分丧失或完全丧失对电气性能的影响在后文中详细分析。我国复合绝缘子制造企业应对复合绝缘子在运行若干时间后憎水性出现不同程度的降低引起重视，应针对不同地域和运行条件所出现的严重劣化现象提出改进完善调整方案。 1.3 机械性能 1.3.1 可靠性评估 对运行不同年限复合绝缘子机械性能抽样试验，共出现10支试品的机械破坏负荷值低于额定值，约占抽样总数的16.7%。其破坏形式除一例为帽断外，其余为帽、脚抽芯，说明内楔式、外楔式、内外楔式和粘接式端部连接工艺的长期机械性能存在一定问题。我所统计机械破坏形式表现为芯棒裂仅3例，充分说明我国芯棒制造技术已达一定水平，完全能满足运行对其要求。 1.3.2 影响机械强度的因素 机械强度下降的主要原因:金属附件处连接工艺不能保证长期性能;芯棒本身强度不够;金属附件强度不够;密封破坏导致机械强度丧失;因工频电弧导致机械强度下降。仅从复合绝缘子制造工艺这一角度去看，为了保证其长期机械性能满足运行可靠性对其要求，应采用压接工艺。暴露于空气中所有界面必须采用高温硫化工艺及金属附件采用热处理。 信息来源:1.4 电气性能 1.4.1 憎水性与闪络的关系 伞套的憎水性达HC1HC2级时，其闪络特性较悬式瓷、玻璃绝缘子优良得多，也就是说运行复合绝缘子的尺寸在满足JB.T84601996高压线路用棒形悬式复合绝缘子尺寸与特性要求的前提下，在满足除可能由“鸟粪”、“反击”和“绕击”及其他外界因素导致闪络外，不应发生闪络。文献1，2表明，运行复合绝缘子在不同地域的憎水性会出现程度不同的下降，憎水性会下降至HC3级及以上，其绝缘表面呈现连续的水膜而导致表面电阻急剧下降，湿闪梯度和污闪梯度比HC1HC2级会出现不同程度的降低，运行复合绝缘子的工频、雷电、操作湿闪络电压和污秽闪络电压也会出现不同程度的降低。试验表明绝缘子憎水性消失后进行工频湿闪络电压试验，则工频干、湿闪络电压比按GB.T775.2 2003方法求得的工频湿闪络电压与工频干闪络电压的差值下降了4.4%15.6%。而试验的B3绝缘子湿闪电压比干闪电压更是下降了30.2%。GB775.22003中，对绝缘子的湿工频电气试验程序规定预淋雨15min，不能模拟复合绝缘子的伞裙和护套表面，在高湿度大气条件下憎水性会下降到HC3级及以上的憎水性变化对绝缘子湿电气特性的影响。试验结果说明GB775.22003标准对瓷、玻璃绝缘子规定的湿电气试验方法对运行复合绝缘子并不合适。 复合绝缘子的运行特性及可靠性分析(2)来源：武汉高压研究所 时间：2007-11-08 按闪络梯度进行比较，试验结果有如下规律: （1）有、无憎水性的试品在盐雾法试验中，一大二小伞型样品的污闪梯度均为最高，而早期产品采用的等径伞型均最低，相差1.25倍，说明伞裙形状对闪络梯度有很大影响。 （2）丧失憎水性后盐雾法污闪电压下降很多，各种伞型下降程度在24%31%之间，说明憎水性对电气特性也有很大影响。 1.4.2 伞裙形状与闪络的关系 众所周知，复合绝缘子的伞裙形状相对瓷、玻璃绝缘子串较不合理，伞裙盘径受制造工艺和材质的限制不能做得过大。我所曾对伞裙的盘径和伞间距对弧道曲折的影响进行了研究，结论是加大伞间距会使其闪络路径呈现曲线形状，路径远比直线长，延长了电弧通道。若憎水性出现部分丧失或完全丧失，伞裙盘径和伞间距又较小，在长期高湿度大气条件下易发生伞裙间飞弧短接现象。严重地威胁电网安全可靠运行。复合绝缘子在运行中憎水性部分或完全丧失，以及伞裙盘径和伞间距过小和长期在高湿度大气条件下运行，是目前复合绝缘子在运行中发生闪络的主要原因。制造企业和运行部门对此问题应引起足够重视! 1.4.3 均压装置与电气绝缘强度的关系 运行经验和研究表明:复合绝缘子相对悬式瓷、玻璃绝缘子而言，易遭受工频电弧损坏。表现为伞裙和护套粉化、蚀损和漏电起痕及碳化严重;芯棒暴露和机械强度下降。所以复合绝缘子一定要在两端安装均压装置，使工频电弧飘离绝缘子表面。其次均压装置还应保护两端金属附件连接区不因漏电起痕及电蚀损导致密封性能破坏。为了达到此目的，复合绝缘子必须安装均压装置，其干弧距离小于相同结构高度的瓷、玻璃绝缘子串，无疑降低了电气绝缘强度。例如110kV复合绝缘子没有安装均压装置和安装了均压装置后，50%雷电冲击闪络特性对比试验结果见表2。 信息来源: 由表2可知，在高压端安装了均压装置后，闪络电压较无均压装置情况下有不同程度的降低，且随着均压装置的罩入深度的增加，绝缘距离有所减少，闪络电压降低幅度加大。当在绝缘子两端都装上均压装置后，雷电冲击闪络电压较高压端装上一个均压装置时的闪络电压值又要低了许多，最高降低幅值达21.3%。50%雷电冲击闪络电压过低，对运行中的复合绝缘子来说是很不利的。 信息来源: 表2 110kV复合绝缘子50%雷电冲击闪络特性对比试验结果 1.4.4 均压装置的结构和安装形式对复合绝缘子电气性能的影响 研究表明:220kV复合绝缘子在高压端不安装均压装置、安装均压装置、在高低压端分别安装均压装置后，靠近高压端第一单元伞裙上的电位分布分别占运行电压的17.2%、12.4%和10.1%，大大地降 低了高压端金属附件连接处的电位，这样就使工频电气特性得到了较大的改善;安装一个罩入深度分别为40mm和75mm圆形均压装置后，靠近高压端第2个伞裙上的电位分布分别占运行电压的21.3%和12.2%。且罩入深度为75mm的电位分布曲线比罩入深度为40mm的电位分布曲线均匀得多，说明均压装置的罩入深度对电位分布的影响较大;当均压装置反装时，绝缘子高压端部的电位分布占运行电压的19%，比未安装均压装置时同一部位的分布电压高1.8%，说明了均压装置的正确安装对复合绝缘子的电气性能影响很大。 1.4.5 组合绝缘对复合绝缘子电气特性的影响 （1）电位分布。研究表明:不安装均压装置工况下，在高压端加装2片XP-70的电位分布曲线较在接地端加装2片时的电位分布曲线畸变不严重，即组合绝缘应在高压端加装瓷或玻璃绝缘子，既增加了电气绝缘强度，又改善了电位分布。在高压端加均压装置又在接地端加装2片XP-70的电位分布畸变最不严重。充分说明了加装均压装置和增加若干片瓷或玻璃绝缘子对提高绝缘子电气绝缘强度和改善电位分布是一个较好的措施。 信息来源: （2）可见电晕。对110kV电压等级复合绝缘子组合绝缘的可见电晕进行研究。组合绝缘的组合方式及起始电晕试验结果见表3。 信息来源:表3110kV电压等级复合绝缘子组合绝缘的可见电晕试验结果 请登陆: 浏览更多信息由表3可知:可见电晕电压提高幅值的范围为4.7%104.7%。其中不装均压装置并在接地端加装2片XP-70组合方式对改善可见电晕电压特性效果较差，提高幅值仅为5.0%;高压端装均压装置和在接地端加装2片XP-70组合方式对改善可见电晕特性的效果最好，提高幅值高达104.7%;高压端加 装2片XP-70和不装均压装置的组合方式对改善可见电晕电压特性较好，提高幅值为36.7%62.5%。由此可知，从改善可见电晕电压特性看，应在复合绝缘接地端加装若干片瓷或玻璃绝缘子和在高压端加装均压装置。由试验可知，复合绝缘子的起晕部位均为两端金属附件与芯棒连接处。 （3）综合分析。复合绝缘子组合绝缘应在高压端加装均压装置和在接地端加装若干片瓷或玻璃绝缘子。这种组合方式既增加了电气绝缘强度，又改善了电场分布，同时又改善了可见电晕电压特性。 2 掉串产生的原因及应采取的措施 我国为了防止瓷、玻璃绝缘子掉串，绝缘子行业在上级主管单位的组织下对其发生掉串的原因进行了分析，并针对掉串原因采取了提高瓷、玻璃绝缘子耐陡波冲击性能、耐工频大电弧性能和使瓷绝缘子年均劣化率降低到一定水平等措施。自2002年至今，我国不同地域发生了多达10次以上不同电压等级复合绝缘子掉串事故，这一问题应引起重视!应加大输电线路使用复合绝缘子的力度，包括位于级和级污区的全部线路段和主网骨干线路全线使用复合绝缘子，这一政策还会继续贯彻执行。由于复合绝缘子是一种新型绝缘子，复合绝缘子的机理、放电特性的定性和定量的分析以及长期机械性能等方面的基础理论研究仍有大量的工作要做，加之受复合绝缘子本身材质、结构和工艺的限制，至今为止完全杜绝复合绝缘子的掉串事故是不现实的。复合绝缘子可能发生掉串的原因: 信息来源:（1）机械强度与不同电压等级输电线路的设计与运行要求不相适应。 （2）密封破坏导致发生芯棒脆断。密封破坏导致发生芯棒脆断这类事故是目前我国复合绝缘子发生掉串的最主要原因，并且比较集中在某些制造企业。密封破坏导致发生芯棒脆断的机理国内外还未统一认识，这里不作过多谈论。针对由密封破坏导致发生芯棒脆断的措施:金属附件连接区和复合绝缘子其他暴露在空气中的连接区必须采用高温硫化工艺。复合绝缘子在我国输电线路的使用寿命不能定位在57年时间，应同瓷、玻璃绝缘子一样至少1520年以上，常温硫化的界面短时间内不会暴露出劣化问题，时间一长势必发生严重劣化问题，所以必须强调复合绝缘子所有暴露在空气中的连接区界面必须高温硫化。均压装置应能良好保护两端金属附件连接区不因漏电起痕及电蚀损导致密封性能破坏。 复合绝缘子的运行特性及可靠性分析(3)来源：武汉高压研究所 时间：2007-11-08 阅读： 659次（3）高场强的长期作用导致复合绝缘子掉串。复合绝缘子不安装均压装置时电压分布很不均匀，最大电压分布在高压端芯棒和金属附件连接处，金属附件连接区易发生漏电起痕及电蚀损而导致密封性能破坏。在安装了具有一定罩入深度的均压装置后，屏蔽了部分伞裙，绝缘子高压端的电压最大值大大降低，也就是说其电场强度降低到了可接受的水平，问题是最大分布电压转移到均压装置附件的伞 裙处。我国现行使用的均压装置结构不合理，尺寸过小，均压效果不理想，可以说起不到均压作用，使其靠近高压端处的某些伞裙单元处长期受到高场强作用，对单伞裙护套、粘接剂、芯棒护套挤包的芯棒四组合绝缘，或对整体注射工艺的二组合绝缘，在不同介质的交界处和层与层、带与带的交接等处容易留有细微的气隙，成为局部放电长时间持续下去，就会使绝缘逐渐劣化，最终导致部分绝缘或整体绝缘击穿或使其潮气进入。我国现行采用复合绝缘子的均压装置，皆存在此问题，所以各制造企业应积极改进均压装置，使其真正能起到改善电位分布的作用。 （4）均压装置未能有效保护金属附件、芯棒及伞套被电弧灼伤。由于复合硅橡胶成型温度约200，而工频大电弧的温度约10005000，芯棒熔化温度约140。在工频大电弧作用下，尤其是在绝缘子未装均压装置的情况下，绝缘体会粉化、碳化、芯棒暴露和机械强度下降。表现为其表面出现一层薄薄的白粉，伞裙和护套碳化深度分别高达3mm和5mm。尤其是芯棒在护套保护下碳化也可深达3mm。在无招弧角保护下，复合绝缘子的机械强度几乎丧失。这些充分说明复合绝缘子金属附件的设计应考虑电弧的影响。复合绝缘子能大量使用的主要原因是因其良好的耐污性能。但在大电弧作用下，伞裙和护套发生粉化、碳化和蚀损及漏电起痕，使憎水性部分或完全丧失，必将导致耐污性能下降。复合绝缘子密封不好或破坏芯棒护套，潮气进入，则会在此处产生局部电弧，灼伤芯棒。此时绝缘子承受的拉力会使纤维断裂，造成芯棒断裂，形成掉串事故。工频大电弧的灼伤可造成不装均压环和招弧角的试品钢脚处芯棒长度达30mm的暴露。密封性能丧失更易发生掉串。芯棒热膨胀系数为（6065）10-6/，远大于铁，通过混入充填材料，可减少1.21.3，至少为铁的3倍，绝缘子在工频大电弧的作用下，温度发生急剧变化，各部件的热膨胀不同而使芯棒受到不均匀过大应力造成机械强度下降。要提高耐热冲击性能，可在端部加膨胀系数小的充填材料（硅粉等），使膨胀系数接近金属，使内部应力均匀，也可加挠性附加剂，吸收和缓和内部应力6。 3 积污特性 至今为止，国内外对复合绝缘子的积污特性还未开展研究。由于复合绝缘子属高分子有机绝缘材料，相对瓷、玻璃绝缘子而言，表面具有优良的憎水性、憎水迁移性等特点，其表面的积污特性是否比瓷、玻璃绝缘子优良，一直是人们关注并争论不休的问题，为此武汉高压研究所初步开展了复合绝缘子积污特性的研究。本课题对14条线路17支运行复合绝缘子的盐密、灰密进行了测量，所测盐密值为、级，大部分复合绝缘子盐密皆大于0.2mg/cm2，仅柏宁线右25号为0.122mg/cm2，最高灰密高达0.618mg/cm2。此次测量结果表明复合绝缘子的积污特性并不明显优于瓷、玻璃绝缘子。 由于武汉高压研究所所测数据较少，希望能进一步与有关单位合作，进一步开展与瓷、 玻璃绝缘子在同一运行条件下积污特性对比研究。 4 灰密对憎水性的影响 4.1 灰密对憎水性的影响 初步研究了灰密在210mg/cm2情况下憎水性迁移时间。由试验结果可看出,除范西线4号右2支运行10年的产品在2mg/cm2下憎水性恢复时间为24h外，其他灰密情况下经96h均未恢复。由此可见灰密对憎水迁移性影响较大。 4.2 复合绝缘子灰密对憎水性、迁移性的研究 信息来源:初步的研究表明，灰密高于2mg/cm2后，憎水性已无法恢复。根据表4灰密测量结果，选取0.32mg/cm2之间的几个灰密点进行憎水迁移时间测量，盐密为0.1mg/cm2。为说明运行时间对憎水迁移时间的影响，同时对某制造企业的1支新复合绝缘子进行研究，试验结果比对见表4。 信息来源:表4灰密对憎水迁移性的影响 信息来源:注:表中数据为恢复到斜线上憎水性所用时间。若未恢复，则说明经过了斜线下时间后 憎水性未见恢复。 由以上结果可看出: （1）对新绝缘子，在运行环境所带来的灰密下憎水性恢复时间很短，恢复到HC1级所用时间仅为8h。 （2）憎水性优良的绝缘子在不同灰密下憎水迁移性也较优良。 （3）运行几年后，随憎水性下降，在不同灰密下憎水迁移时间也变长很多。不同制造企业、不同配方的绝缘子憎水迁移时间受运行时间的影响不尽相同。 （4）灰密在0.30.5mg/cm2时绝缘子憎水迁移时间基本相同。而本次研究运行绝缘子灰密水平基本在此范围内。 5 应注意和研究的问题 （1）运行单位应按DL/T-20标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子使用技术条件（报批稿）第10条和第11条的规定，加强对运行复合绝缘子进行运行巡视、运行性能进行检验、憎水性能进行检测以及机械特性进行检测。 （2）制造企业应加大力度改进复合绝缘子均压装置，使其能改善复合绝缘子的电位分布，同时保护金属附件、芯棒及伞套不被电弧灼伤，其次还能保护 两端金属附件连接区不因漏电起痕及电蚀损导致密封性能的破坏。信息来源:（3）复合绝缘子两端金属附件连接区及所有其他暴露于空气中的界面应采取高温硫化工艺。 （4）运行单位应加强对复合绝缘子积污特性监测。要强调的是武汉高压研究所初步研究证明复合绝缘子的积污特性并不明显优于瓷、玻璃绝缘子，且粉尘污染严重，灰密高于2mg/cm2后，憎水性完全丧失。不同制造企业、不同配方的复合绝缘子憎水迁移时间受运行时间的影响不尽相同。势必对电气特性影响较大。 （5）运行单位在调爬工作中，可考虑采用组合绝缘。运行复合绝缘子在不安装均压装置工况下运行时，应在高压端加装瓷或玻璃绝缘子。在安装均压装置工况下，应在低压端加装瓷、玻璃绝缘子。组合绝缘是提高绝缘子电气强度、改善电位分布和可见电晕特性的一个较好措施。复合绝缘子的运行特性及可靠性分析(4)来源：武汉高压研究所 时间：2007-11-08 阅读： 660次（6）均压装置的结构和安装形式对复合绝缘子的电气性能影响较大。一定要正确安装均压装置，从目前使用均压装置情况看，圆形均压装置效果较其他效果好，较大均压装置效果也很好。可适当增加均压装置的罩入深度，但应校核50%雷电冲击闪络特性。 （7）若憎水性出现丧失，采用国内现有较大盘径和较大伞间距伞裙形状的运行复合绝缘子而言，其电气强度完全能满足运行对其要求。若憎水性出现部分丧失或完全丧失，工频湿闪络电压下降可达约30%，且污闪电压下降平均也可达28%左右。不同伞裙形状的复合绝缘子对湿电气特性、污闪特性有较大影响。因此运行部门应合理选择伞裙结构并选用憎水性优良的复合绝缘子。 （8）我国输变电设备现状，还应加大力度使用复合绝缘子，应充分注意复合绝缘子不同地域和运行环境条件的劣化性能。若出现DL.T-20标称电压高于1000V交流架空线路用复合绝缘子使用技术条件（报批稿）第10条所列举的劣化现象十分严重，应慎重选择使用。制造企业应针对不同地域和运行环境条件下运行复合绝缘子出现劣化的特征积极改进完善调整配方，以满足运行对其要求。 （9）复合绝缘子频繁发生掉串，这一问题应引起足够重视!至今为止，完全杜绝运行复合绝缘子的掉串事故虽然不现实，但是应从制造质量、密封技术、高场强长期作用和耐工频大电弧性能方面去慎重选择复合绝缘子。 信息 送电线路瓷、玻璃、合成绝缘子运行性能及分析The Analysis of Characteristics of Porcelain Insulator, Glass Insulator, Polymer Insulator in Transmission胡毅 张俊兰(武汉高压研究所 , 湖北武汉 430074)摘要: 本文论述了送电线路瓷、玻璃、合成绝缘子的运行性能及特点 , 分析了雷电、污秽、鸟害等外在因素及材料、工艺、结构等内在因素对绝缘子运行性能的影响,讨论了运行中存在的问题及解决措施。关键词: 性能 ; 瓷绝缘子 ; 玻璃绝缘子 ; 合成绝缘子 ; 送电线路Abstract : This paper discusses the characteristics of porcelain insulator , glass insulator , polymer insulator at work in transmission line . It analyses the influence of lighting , pollution , bird and material , craft , structure on the property of insulators . Also it discusses the existing problems at work and measures for reliability.Key words : characteristics ; porcelain insulator ; glass insulator ; polymer insulator ; transmission line一、 前言在送电线路上采用的绝缘子按电介质材料分类，有瓷、玻璃、有机合成绝缘子三种类型。在长期的运行中，绝缘子会受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响，在电气上要承受强电畅雷电冲击电流、工频电弧电流的作用，在机械上要承受长期工作荷重载、综合荷载、导线舞动等机械力的作用，综合分析三种类型绝缘子的运行性能及特点，研讨绝缘子在运行中出现的问题及解决措施，对于提高线路的运行可靠性，是很有必要的。二、 绝缘子材质瓷和玻璃均为硅酸盐材料。瓷是由石英砂、粘土和长石等原料，经球磨、制浆、炼泥、成形、上釉并烧结成瓷件。泥坯经高温烧结成一种多晶体，其显微结构由多晶体、玻璃相和气孔组成，是一种非均质材料。玻璃是由石英砂、白云石、长石、石灰石和化工原料经高温熔融成液体，经冷凝而成的一种均质的非晶体。有机复合绝缘子的硅橡胶伞盘为高分子聚合物，芯棒为引拔成型的玻璃纤维增强型环氧树脂棒。瓷和玻璃绝缘子是由铁帽、钢脚和绝缘件用高标号水泥胶装成一体。有机复合绝缘子是由硅橡胶伞裙、芯棒和端部金具构成一体。合成绝缘子与瓷和玻璃绝缘子相比较，具有制造工艺简单的特点。三、 绝缘子的运行性能及分析1 雷击闪络在采用瓷、玻璃绝缘子的输电线路中，雷击故障约占故障总数的50%左右，在全国合成绝缘子的故障统计中，雷击故障约占55%左右。雷击故障次数与雷电活动次数成正比，主要发生在雷电活动频繁的地区。不少地区根据运行情况认为：与瓷、玻璃绝缘子相比较，合成绝缘子的耐雷性能较差。特别是在110kV及以下电压等级的输电线路中显得较为突出。实际上，与瓷、玻璃绝缘子相比较，合成绝缘子在耐雷方面也有优势的一面，合成绝缘子不会发生瓷绝缘子难以避免的零值、低值和玻璃绝缘子的伞裙自爆，因而不致因零值或低值绝缘子降低整串绝缘子的耐雷水平。不利的一面是由于合成绝缘子伞裙直径较小，因而对同一高度来说，其干弧距离总是略小于瓷和玻璃绝缘子。一般来说，绝缘子串的总长度越小，直径对闪络电压的影响越突出。所以在110kV及以下电压等级中，对雷击闪络的影响较为明显。另外，运行情况表明：由于合成绝缘子上下端均压环间或接地端头与导线端均压环间的空气间隙偏小，等效于降低了合成绝缘子的有效绝缘长度，而造成雷击闪络电压降低。一般来说，装有均压环的合成绝缘子，空气间隙约减少1520cm或更多。对110kV合成绝缘子的试验情况为：在下端配置一个均压环后，其雷电冲击闪络电压较配置前约下降5%，在上下两端均配置均压环后，其雷电冲击闪络电压较配置前约下降8%。产生这一下降的原因是雷击放电总是选最短的路径、最易于空气击穿的途径发生。当均压环之间的空气间隙击穿伏秒曲线低于绝缘子表面的闪络伏秒曲线时，放电就首先选择在间隙中发生。当然，有利的一面是，当间隙偏小时，两端的均压环同时也可起到保护绝缘子的招弧角的作用。由于它使雷击不在绝缘子表面而在两均压环间的空气间隙中发生，因此防止了放电电弧对硅橡胶表面及端部连接金具的烧蚀。国外也有采用招弧角对瓷和玻璃绝缘子串进行保护的线路。绝缘配合一般为：两招弧角间的雷电冲击放电电压为绝缘子串雷电冲击放电电压的85%左右。一旦线路遭受雷击，雷击放电电弧不沿绝缘子串而在两招弧角间的空气间隙间形成。从而对绝缘子形成保护，大大减少了零值和劣质绝缘子的发生概率。仅从绝缘子的保护来说，两端配置均压环比仅在导线端配置均压环要好。若只在高压端配置均压环，显然不能将电弧完全从绝缘子表面引开。根据运行经验，在发生雷电闪络后，凡合成绝缘子两端均配置有均压环的，绝缘子表面仍保持完好，仅有局部伞裙发白。仅只在导线端安装了均压环的，有的伞裙烧损严重，塔侧的金具也被烧蚀。而两端均没装均压环的则两端金具及伞裙均有烧蚀现象，需要更换。对合成绝缘子的憎水性试验进一步说明，遭雷击闪络但无烧损的绝缘子仍保持较好的憎水性，但有明显烧蚀痕迹的绝缘子，其憎水性能则大大降低，意味着其耐污闪能力也将大大降低。因此，综合考虑耐雷水平和绝缘子的保护这两个方面，不应该仅为不降低耐雷水平而取消均压环，而应该适当增加绝缘子高度，特别是在雷电活动密集区和雷电易击点，所使用的合成绝缘子更应适当加长，使装配均压环后的空气间隙及放电距离不致减些装设均压环的另一个好处是使绝缘子串的电场分布更趋均匀，不仅可减缓在长期工作电压下，因局部高场强引发局部放电而造成绝缘子的老化或劣化，而且在同一放电距离下，可因电场均匀使放电电压提高，从而提高雷击闪络电压。从运行及试验情况来看，均压环的结构及加工状况，对放电电压也有一定影响。均压环局部有尖端或因结构不合理形成局部的高场强也会起到降低雷击放电电压的作用。从运行情况来看，合成绝缘子的雷击闪络大多可重合成功，这是因为合成绝缘子属不击穿结构，当放电在空气中发生时，不会对绝缘性能产生不可逆影响，属可恢复性绝缘，而瓷绝缘子在雷击放电时可能发生内击穿，严重时可能在强大的工频电弧电流作用下发生爆炸，这种情况属不可恢复性绝缘。另需说明的是：合成绝缘子的防污性能是源于其外绝缘材料的特性，防雷性能则与外绝缘材料无关，只与其两端间隙距离及电极形状有关。距离越大，电场越均匀，其雷击放电水平就越高。2 鸟害闪络在绝缘子正上方的横担及金具上栖立飞鸟时，可能因鸟粪形成鸟害闪络。这种闪络通常是绝缘子表面爬电及空气放电的一种混合闪络。鸟粪短接部分空气间隙并降低绝缘子局部表面的外绝缘性能，造成绝缘子串的绝缘性能下降。鸟害闪络一般可从绝缘子表面的鸟粪残迹及地面的鸟粪痕迹来进行分析。对鸟害闪络，可在绝缘子串正上方的横担上安装鸟刺，防止鸟粪直接落在伞裙的上方，也可在上端第一片装大裙，防止鸟粪直接桥接绝缘子伞裙。在采用瓷、玻璃、合成绝缘子的线路中，鸟害引起的闪络均占有相当比例，而在合成绝缘子的闪络故障统计中，鸟害造成的闪络仅低于雷击闪络居第二位，与瓷绝缘子、玻璃绝缘子串相比，由鸟害造成的合成绝缘子闪络率较高。其原因可能是：合成绝缘子的伞间距较小，在鸟排便的瞬间，易于形成鸟粪的桥接，从而发生伞裙间飞弧短接现象。合成绝缘子的伞裙是柔性材料，大鸟粪便在重力作用下坠落时，易于全部顺伞裙边缘落下，不易反弹和飞溅。而瓷和玻璃属刚性材料，由于反弹和飞溅可以减少落下的量，甚至阻断鸟粪对伞裙的桥接。因此，可以说合成绝缘子鸟粪闪络率较高是与合成绝缘子本身的结构及材料特点有一定关系的。3 绝缘子污闪及憎水性合成绝缘子具有污闪电压高的优点，在同样的爬距及污秽条件下，合成绝缘子的污耐压明显高于瓷绝缘子和玻璃绝缘子。其原因是硅橡胶伞裙表面为低能面，它具有良好的憎水性，而且硅橡胶材料的憎水性还具有迁移性。通过迁移到污秽表面使污秽层也具有了憎水性，污层表面的水份以小水珠的形式出现，难以形成连续的水膜。在持续电压的作用下，不像瓷和玻璃绝缘子那样形成集中而强烈的电弧，表面不易形成集中的放电通道，从而具有较高的污闪电压。另外，合成绝缘子杆径小，在同样的脏污条件下，其表面电阻比瓷、玻璃绝缘子要大。一般来说，表面电阻越大，污闪电压也越高。此外，与瓷和玻璃绝缘子下表面伞棱式结构不同，合成绝缘子伞裙的结构和形状也不利于污秽的吸附及积累。而且合成绝缘子不需要清扫积污，有利于线路的运行维护。但是，运行经验表明：合成绝缘子耐污闪能力强并不等于不会污闪，造成污闪的原因有：表面快速积污或积污过多，造成憎水性难以迁移；气候环境等外因造成绝缘子憎水性减弱或暂时丧失；硅橡胶材料老化造成憎水性及污闪性能下降等。试验及运行中均已发现合成绝缘子在长期受潮后，如在连续雨雾的气候条件下，硅橡胶的表面憎水性能有程度不同的下降，有的绝缘子甚至暂时丧失憎水性能，造成漏电增大，污闪性能明显降低。在外部连续雨、雾等潮湿条件消失后，憎水性会逐渐恢复。影响憎水性能恢复的主要因素有：伞裙的硅橡胶材料配方不同，其憎水恢复率也不同，性能良好的硅橡胶材料其憎水性恢复速率快，性能较差的硅橡胶材料其憎水性恢复速率慢，污层表面憎水性迁移的速率也较慢。对不同厂家生产的绝缘子进行憎水性试验，发现不同绝缘子的憎水性、憎水迁移性及憎水性恢复速率均有一定差异，甚至有的厂家新绝缘子的憎水性仅达到瑞典输电研究所推荐的憎水性分类等级的4级水平。这说明硅橡胶材料配方及加工工艺是影响憎水性及憎水恢复性的一个重要因素。合成绝缘子连续受潮的时间越长，恢复憎水性所需时间越长。环境温度低，憎水性恢复较慢，环境温度高，则憎水性恢复较快。绝缘子表面粗糙度高的，憎水性恢复较慢。运行时间长的旧绝缘子比新绝缘子憎水性恢复慢，材料的老化亦会影响憎水性的恢复。发生闪络后且有一定烧痕的绝缘子其憎水性恢复明显减慢，虽然在试验中仍然可能通过各项电气试验，但在一定的气候条件下，特别是湿度很大、温度较低的气候环境下，闪络的概率明显增大。因此，合成绝缘子在一定的气候条件下，发生污秽闪络是完全有可能的。但是，从全国线路污秽统计数据来看，与瓷和玻璃绝缘子相比，合成绝缘子由污闪造成的故障次数要明显低得多。4 绝缘子的劣化及检测合成绝缘子的故障率较国产瓷绝缘子的劣化率及玻璃绝缘子的自爆率低，国产瓷绝缘子的年劣化率约为千分之一，玻璃绝缘子的自爆率约为万分之几。目前，从运行情况来看，合成绝缘子的运行可靠性较瓷、玻璃绝缘子好，但随着运行时间的增长，有机材料的老化劣势将逐步突出。一是伞裙材料的老化将会降低防污性能及电气绝缘性能，二是芯棒多年运行后因芯棒蠕变特性将降低机械强度，并暴露出端部金具连接中的问题。而且，由于国内不少产品是楔接式，在长期的运行中可能出现微量滑移，使密封胶开缝，在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。玻璃绝缘子具有零值自爆的特性，自爆原因一是来自制造过程中玻璃中的杂质和结瘤，若杂质和结瘤分布在内张力层时，在产品制成后的一段时间内，部分会发生自爆。所以制造单位在产品制造后应存放一段时间，以便发现制造中存在的质量隐患。若杂质或结瘤分布在外压缩层，在输电线路上运行一段时间后，在遇到强烈的冷热温差和机电负荷作用下，有可能引发玻璃绝缘件自爆。另外，运行中玻璃绝缘子在表面的积污层受潮后，在工频电压作用下 会发生局部放电。由局部放电引起的长期发热会导致玻璃件绝缘下降，引起零值自爆。所以在污秽严重地区运行的玻璃绝缘子其自爆率会有所增高。但是，玻璃绝缘子的自爆率不同于瓷绝缘子的劣化率和有机复合绝缘子的老化率。玻璃绝缘子的自爆率属早期暴露，随着运行时间的延长，自爆率呈逐年下降趋势，而瓷绝缘子的劣化率属后期暴露，随着时间延长，在机电联合负荷的作用下，其劣化率会逐渐增加，而合成绝缘子由于有机材料本身的老化特性，其老化率及劣化率随着时间会增大，国外一般认为玻璃绝缘件和瓷绝缘件的老化寿命为50年左右，而合成绝缘子的老化寿命不超过25年。瓷绝缘子由于瓷件与钢帽、水泥粘合剂之间的温度膨胀系数相差较大，当运行中瓷绝缘子受冷热变化时，瓷件会承受较大的压力和剪应力，导致瓷件开裂，而且瓷绝缘子的瓷件存在剥釉、剥砂、膨胀系数大等问题，受外力作用时，会产生有害应力引起裂纹扩展。瓷绝缘子的劣化表现为头部隐形的“零值”和“低值”，对零值或低值瓷绝缘子，必须登杆进行逐片检测，每年需花大量的人力和物力，而且检测的准确率在很大程度上受大气湿度、人工调整火花间隙距离、作业人员的经验等因素影响。由于检测零值和劣质的准确率不高，即使每年检测一次，也会有相当数量的漏检低值绝缘子仍在线路上运行，导致线路的绝缘水平降低，使线路存在着因雷击、污秽闪络引起掉串的隐患。玻璃绝缘子有缺陷时伞裙自爆，只要坚持周期性的巡检，就能及时发现和更换。合成绝缘子的在线检测在目前还缺乏适当的检测装置及方法，在国内外都是一个正在研究的课题。由于复合绝缘子是棒型结构，一旦失效，对线路影响将大于由多个绝缘子组成的绝缘子串。5. 机械强度机电破坏负荷试验是检测绝缘子运行特性的一项重要指标。机电破坏负荷试验结果差的产品，随着运行时间的增长，其机械强度会呈现逐渐降低趋势。对在线路上运行年限不同的瓷绝缘子、玻璃绝缘子进行机电性能对比试验，发现部分瓷绝缘子在运行1525年后，试验值已低于出厂试验标准值，不合格率随运行年限增加。而玻璃绝缘子的稳定性和分散性要好于瓷绝缘子。对瓷和玻璃绝缘子进行高频振动疲劳试验，试验结果表明振后玻璃绝缘子的机电强度变化不大，而振后瓷绝缘子的机电强度明显下降。这一方面是因为国产瓷绝缘子厂家较多，由于材质及制造工艺等方面的因素，造成质量分散性大。另一方面，由于瓷质烧结体是不均匀材料，在长期的运行过程中，受各种机械冲击力、振动力的作用，可能对瓷体造成损伤，导致机械性能下降。从目前国内外瓷绝缘子运行记录来看，国产瓷绝缘子与国际水平尚存较大差距。合成绝缘子在运行若干年后取下进行机械强度试验，发现程度不同的存在机械强度下降的问题。有的是芯棒在额定机械负荷下出现滑移，有的是芯棒从端部金具中脱出，有的是出现断裂。分析其原因：一是由于端部联结的结构和工艺存在问题，二是由于芯棒蠕变特性及材料老化。在长期的运行中，由于大气环境、电畅机械