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阐述电力绝缘材料老化现场测试技术的重要性

2020-02-12 225 上传者：管理员

摘要：电力绝缘材料的老化过程与其分子结构特征之间的关系是密不可分的。为了实现电力绝缘材料老化性能无损检测，文章提出一种基于分子结构分析的绝缘材料老化状态研究方法，对防止电力绝缘材料老化具有重要意义。

关键词：
分子结构
测试
绝缘老化
高分子橡胶绝缘材料
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云南省处于低纬度高原，气候特点表现为温度湿度较大且紫外线强，导致电力设备绝缘材料局部放电现象明显，电力高分子橡胶绝缘材料长期工作在较大电气应力下，需定期检测绝缘性能和评估老化程度。高分子橡胶绝缘材料属高分子电介质，具有优良的绝缘性能，品种繁多，原料来源广泛，质量轻，强度高，易于加工，性能稳定。在曲靖电网中，高分子橡胶绝缘材料被广泛应用于发电机、复合绝缘子、电缆等电力设备设施中。高分子橡胶绝缘材料的老化程度和绝缘性能的优良状况，决定了曲靖电网供配电系统安全等级。因此，准确测量高分子绝缘材料的老化程度，评估其绝缘性能，对曲靖电网的供电可靠性有着重大意义。

1、高分子橡胶绝缘材料老化原因

高分子绝缘材料的分子结构特征与其老化过程密切相关，热能、紫外线是导致老化的重要因素。云南省紫外线较强，而紫外光的波长范围在400nm以下，其到达地面的辐射能量占总光辐射能量的7%~8%。在紫外线作用下，高分子材料的分子活化，形成游离基，从而引发光老化反应，且高分子绝缘材料中的化学键在紫外线中的短波作用下会被严重破坏，电力设备绝缘材料变硬及外表生成网状裂纹都是光老化的一种表现。高温导致的绝缘热老化是电力设备中最常见的一种老化现象，主要原因是高分子绝缘材料的化学特性较为活跃，化学键分子链在高温条件下容易分子链断裂和重组，使得高分子橡胶绝缘材料内部分子结构发生变化，最终表现为高分子橡胶材料老化和绝缘性能降低。

2、高分子橡胶绝缘材料的老化松弛机理

高分子橡胶绝缘材料具有饱和分子链，且分子链具有高柔顺性和高抗老化的特点，老化过程中分子链会发生复杂的变化。高分子橡胶绝缘材料的分子结构是由很多结构单元连接而成的长链分子，由于每个单键都可以内旋转为不同的空间结构，长分子链具有不同的构象，以均方回转半径来表征分子尺寸，可以更好地描述高分子橡胶绝缘材料的性质，以便了解其柔顺性和耐温性能。高分子橡胶绝缘材料的分子结构如图１所示，其介质损耗角正切较小，绝缘电阻较高，一般情形下不随温度的变化而变化。

图1 高分子橡胶绝缘材料分子结构

3、基于分子结构分析的电力绝缘材料老化状态检测技术

根据电力绝缘材料老化状态无损检测的实际工作需求，曲靖电网开展了基于分子结构分析的高分子橡胶电力绝缘材料老化状态检测技术研究项目。项目主要围绕便携式测量传感器、测量电路、老化状态分析方法及老化状态测试实验等内容进行研究，提出了一种基于分子结构分析的电力绝缘老化状态测量技术方法，并研制了一种新颖的夹钳式传感器结构，可以简便地夹持在高分子橡胶绝缘材料上，实现无损测量，具有一定的创新性。

基于分子结构分析的电力绝缘材料老化状态检测技术，能够从微观层面客观、准确地反应出电力绝缘材料的宏观特性。首先，通过数学仿真技术建立绝缘材料分子体系的结构模型；其次，利用分子结构分析的便携式测量传感器对绝缘材料进行绝缘老化测试；然后，获取电力绝缘材料绝缘性能与等效横向弛豫时间的关系曲线；最后，根据电力绝缘材料的分子微观结构特征，得到电力绝缘材料的老化定量指标。

4、电力绝缘材料老化状态检测技术应用

为验证分子结构分析的电力绝缘材料老化状态检测技术的有效性和可行性，曲靖电网选取了不同运行寿命的复合绝缘子用的同种高分子橡胶绝缘材料，以人工加速热老化及电老化的方式对绝缘材料老化状态进行检测。

4.1 高温老化测试分析

首先将电力绝缘材料进行高温90℃和120℃的热老化处理；然后，将电力绝缘材料放入电击穿检测；最后，匀速加压直至电力绝缘材料击穿。绝缘材料热老化测试结果如图2所示。

图2 电力绝缘材料高温热化试验记录

从图2可以看出，电力绝缘材料在高温90℃作用下，实验期间绝缘击穿场强的峰值未发生明显变化，绝缘性能未受影响；在高温120℃作用下，随着加时间的累加，绝缘击穿场强的下降速度明显。

试验表明：在较高温度的热化作用下，随着加热时间的累积，电力绝缘材料内部发生热老化反应，材料的绝缘性能随老化程度的加剧而迅速降低。

4.2 电老化测试分析

在交、直流电场强度的作用下，绝缘材料内部分子间的化学键会发生断裂，分子的结构发生变形，生成新的小分子，导致绝缘材料的绝缘性能降低。为准确分析和研究电场强度对电力绝缘材料老化的影响，本文进行了电力绝缘材料电场强度老化试验，试验记录如图3所示。

图3 电力绝缘材料电场强度老化试验记录

从图3可知，随着电场强度作用时间的增加，绝缘材料的绝缘特性逐步下降，局部放电强度逐步增大，材料老化程度加快。

试验表明：随着电场强度作用时间的累积，绝缘材料的内部温度急剧升高，带电离子加速碰撞，最终导致绝缘材料的化学键断裂。

5、结语

随着新型材料和电力科技的进步，高校、科研院所的研究人员不断地对绝缘材料的绝缘特性进行分析和研究。目前，各电力试验院已掌握大量的理论方法和实验数据，但现行的绝缘性能试验方法大都具有破坏性，需要对电缆、绝缘子的绝缘材料进行物理解体，进行高温、高压和腐蚀等化学性破坏试验，才能分析其老化程度和诱因。本文所提出的基于分子结构分析的高分子橡胶绝缘材料老化状态检测方法，能够从分子结构特征分析出绝缘材料老化状态，为电力绝缘材料的老化状态定量检测提供了新的方向，具有重要的参考价值。

参考文献：

[1]唐伯朝.交联聚乙烯老化后的微观结构[J].合成材料老化与应用,1986(4):1-5.

[2]张国荣.不同压缩比下橡胶老化松弛机理的研究[D].北京:北京化工大学,2011.

王乾龙,范立,徐宏文,等.电力绝缘材料老化现场测试技术研究[J].电工技术,2019,(20):95-96.