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棒形悬式复合绝缘子基础知识

发布时间：

2021-01-22

01 THE FIRST

概述

棒形悬式复合绝缘子由芯棒、伞裙护套(粘接层)、联接金具几部分组成。芯棒和金属端头有很强的抗张和抗弯强度，用有机材料制作的伞盘具有良好的憎水性和抗污闪能力。适用于高压输电线路，尤其适用于污秽地区，能有效地防止污闪事故。在线路电压和破坏负荷相同时，棒形复合绝缘子的重量只有悬式绝缘子串的1/6~1/10，安装和更换都比较容易。这些优点使之成为目前广泛使用的瓷绝缘子的换代产品。棒形复合绝缘子比强度（拉伸强度与质量之比）高，具有优良的耐污闪特性，但存在界面内击穿和芯棒脆断的可能，而且有机复合材料的使用寿命和端部连接区的长期可靠性尚未取得共识。

芯棒是由树脂粘接上百万根玻璃纤维沿轴线平行排列而形成的玻璃钢棒，抗拉强度高于600MPa，是高强度瓷的3~5倍，相当于优质炭素钢，具有良好的抗挠和抗疲劳性，承受合成绝缘子的机械负荷，是内绝缘的主要部分，选用蠕变小的增强纤维和树脂，确保芯棒有良好的机械和电气性能。

某厂生产的棒形悬式复合绝缘子结构图

芯棒受潮将发生水解反应，降低合成绝缘子的机械强度，引发掉串事故，因此确保芯棒不受潮是合成绝缘子安全运行的基本条件。

伞裙护套是以硅橡胶为基体，添加偶联剂、阻燃剂、抗老化剂等填充料经高温加压硫化而成，是合成绝缘子良好的外绝缘。硅橡胶伞裙护套具有良好的憎水性，使水份在其表面形成水珠状而难形成连续水膜，其憎水性迁移加强了合成绝缘子的防污能力。由于硅橡胶分子作用，伞裙护套上的污秽层表面也具有憎水性，而且其憎水性在局部电弧等因素下短时失效后很快又能恢复，大大提高了合成绝缘子的污闪电压，相同泄漏距离及污秽程度下的污闪电压是瓷绝缘子串的2倍以上，这一优良的抗污特性使合成绝缘子广泛应用于线路的防污调爬中。同时硅橡胶伞裙护套具有优良的耐老化性、阻燃性、耐漏电起痕及电蚀损性，抗撕裂，并保护芯棒不受外部环境的侵蚀。

因制造工艺不同，有的产品的芯棒与护套、伞裙与护套之间存在粘接层，如挤包护套穿伞工艺，粘接层和电场同方向，是绝缘的薄弱环节，因粘接材料和粘接工艺的的原因曾造成绝缘内界面受潮发生局部放电刺穿整支丧失绝缘的情况，应加以注意。伞裙护套整体真空注射的工艺，减少了内绝缘界面，有益于改善合成绝缘子的内绝缘。

联接金具作为合成绝缘子的一部分，与芯棒连在一起，通过别的金具连接于挂线点和导线。芯棒与联接金具的结构可分为粘接式、压接式和楔接式三类，承受和传递全部机械负荷。粘接式由于粘接剂有老化问题和低温变脆等不足已较少采用。压接式因压接机械和工艺提高，采用较多，但需注意金具和芯棒的热膨胀系数差别会降低承载力。楔接式分为内楔和外楔，内楔会破坏芯棒的完整，但连接强度稳定、工艺简单，应用较多。外楔因连接强度不稳定及工艺复杂，已较少采用。

一般220kV及以上电压等级的合成绝缘子装配1~2只均压环，使电场分布均匀，防止高压电场加速复合绝缘子端部老化，并在过电压时有引弧作用，缩短放电时间，确保伞裙表面不被电弧灼伤，因而对均压环的安装须要求严格操作。

复合绝缘子爬电比距的选择，国内外均有2种意见：一是考虑表面材质憎水性的劣化，取1∶1；二是综合当前各国运行经验，比距可适当减少，如复合绝缘子可取瓷绝缘子的2/3或3/4。为规范复合绝缘子的外形尺寸，JB/T8460行业标准和国调中心“复合绝缘子使用指导性意见”统一要求：0-II级污秽地区，比距为20 mm/kV；III-IV级污秽地区，比距为25 mm/kV。实际上，这一规定，对于清洁区和一般污秽地区，高于GB/T16434的要求；对于重污区，就是瓷绝缘子的3/4。一般取值是在轻、中污区复合绝缘子的爬电距离不宜小于盘型绝缘子；在重污区其爬电距离不应小于盘型绝缘子最小要求值的3/4且比距不应小于2.8cm/kV； 110kV及以上电压等级输电线路的复合绝缘子均采用均压环以改善复合绝缘子电场分布。110kV级复合绝缘子高压端配一个均压环；220 kV复合绝缘子配两个均压环，均压环外径 250~300mm、管径30~40mm，抬头距离 25~30mm；220kV以上复合绝缘子两端都应加均压环，其有效绝缘长度需满足雷电过电压的要求。均压环采用开口环加放电极，便于折卸更换。

生产工艺和质量问题或硅橡胶相对较快的老化也常使运行中的复合绝缘子发生故障。故需带电检测运行中的复合绝缘子，以预先发现其缺陷，及时防止缺陷发展成事故。目前，国外带电检测复合绝缘子的研究十分活跃，采用的检测技术主要有观察法、紫外成像法、红外成像法、电场法。这些方法都可实现复合绝缘子的带电检测，但各有局限性，可根据实际情况选用。

02 THE FIRST

棒形悬式复合绝缘子的型号

中国现行的棒形悬式复合绝缘子的型号由字母和数字组成，其代表意义如下表所示。

FXB——高压线路用棒形悬式复合绝缘子

W——大小伞(等径伞不表示);

1，2，3，4——设计序号(序号1、2指爬电比距为20mm/kV，序号3、4指爬电比距为25mm/kV);

“—”后数字表示额定电压值，kV;

“/”后数字表示额定机械拉伸负荷值，kN;

最后的字母表示连接结构型式(球窝连接不表示)。

例如，FXBW4-220/100表示棒形悬式复合绝缘子，大小伞型，设计序号4，额定电压220kV，机电破坏负荷不小于100kN。由于生产厂不同，所编制的产品型号也有所变化。

THE FIRST

复合绝缘子使用注意事项

复合绝缘子按照一定的方式使用，防止出现一些不必要的故障，影响正常的使用性能和价值。出现故障时，要作好记录以便分析改进。具体内容包括：电压等级；装置地点；故障日期；故障原因（污闪、雷击、不明）、故障性质（闪络、击穿、机械故障）、损坏部位（均压环放电极、伞裙、伞盘、芯棒端部介面、端部金属件等）。

输电线路调爬或改造过程中，使用加长型复合绝缘子，应注意校核导线弧垂、风偏等技术参数。目前局部厂家生产的胶装式整体注射成型复合绝缘子，金具接头较短，对于相同结构高度，可令其干弧距离足够长，这是解决普通型复合绝缘子的雷击闪络问题的较好途径。输电线路全线采用复合绝缘子后，其耐雷水平趋于稳定，而雷电波沿输电线路入侵变电站母线的概率相应增大。

110kV复合绝缘子在高压端配一个均压环，其 50% 雷电冲击闪络电压比不带均压环的下降了 1.5%~3% 左右。但采中长型复合绝缘子后，伞裙电压分布又得到改善，高压端芯棒与金具连接处的场强有所降低，既起到伞裙和端部金具不易严重烧伤的作用，又有利于均压环的运行维护。

如运行中的复合绝缘子因遭雷击发生沿面闪络，但线路重合成功，经运行部门登杆检查，未发现伞套外表严重烧伤或电蚀粉化，伞盘破损或严重变形等缺陷。复合绝缘子的电气性能、憎水性能一般不会受损，可继续投入使用，但运行部门必需做好故障检查记录。 110 kV开关断口的额定雷电冲击耐受电压（峰值）为450kV或550kV，雷雨季节，变电所进线隔离开关或断路器可能经常断路运行，而线路侧又带电，因此必需在进线端加装避雷器。有条件时，可选择输电线路雷击跳闸率较高的易击段，装设线路型氧化锌避雷器，也是输电线路防雷对策的一种积极尝试。