西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）08 复合绝缘老化评估（复合绝缘子加速老化新方法和老化表征新方法研究）

西安交通大学9XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY复合绝缘老化评估-I复合绝缘子加速老化新方法和老化表征新方法研究西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898

——复合绝缘子加速老化新方法和 老化表征新方法研究 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心 复合绝缘老化评估-Ⅱ

目录一、项目的背景及意义二、国内外研究现状及存在的问题三、项目研究内容和实施方案四、研究结论及成果总结-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 目 录 一、项目的背景及意义 二、国内外研究现状及存在的问题 三、项目研究内容和实施方案 四、研究结论及成果总结

项自的背景和意义口复合绝缘子具有重量轻、耐污性好维护方便、强憎水性和憎水迁移性等优点，已经在电力系统中广泛使用。口随着运行时间的增加，复合绝缘子材料老化现象比较严重，主要的老化因素有光老化、热老化、电老化环境老化。口老化的直接后果便是绝缘子表面憎水性丧失，耐污闪性能变差，绝缘的可靠性下降，严重影响电力系统的安全和稳定运行。-3-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- Ø 项目的背景和意义 p 复合绝缘子具有重量轻、耐污性好、 维护方便、强憎水性和憎水迁移性 等优点，已经在电力系统中广泛使 用。 p 随着运行时间的增加，复合绝缘子 材料老化现象比较严重，主要的老 化因素有光老化、热老化、电老化、 环境老化。 p 老化的直接后果便是绝缘子表面憎 水性丧失，耐污闪性能变差，绝缘 的可靠性下降，严重影响电力系统 的安全和稳定运行

国内外研究现状及存在的问题>现有检测方法：复合绝缘子性能检验项目离线检验（实验室/现场）在线观察/监测破坏类非破坏类红外线成像技术闪络表2紫外机械超外陷阱特性面微观特性外电泄m跌声增水性线观检查电压测试漏电流观场负检测法落荷成检分试像试查布验验法>问题的提出复合绝缘子老化的统计数据和试验方法很多，但针对老化后材料特性变化的研究比较零散、缺少系统性，老化表征不够敏感有效。《高电压绝缘专论》4Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- Ø 国内外研究现状及存在的问题 Ø现有检测方法： 复合绝缘子老化的统计数据和试验方法很多，但针对老化后材 料特性变化的研究比较零散、缺少系统性，老化表征不够敏感、 有效。 Ø问题的提出：

国内外研究现状及存在的问题现有规程中对复合绝缘子老化的判定方法仅限于外观检查和宏观特性试验研究，存在主观性强、经验依赖性、理论基础薄弱、测试结果分散性大等问题，在实际应用中已经凸显出很大的问题。老化的本质是其材料在各种运行环境下不同应力的作用下产生化学键断裂，产生低分子化合物，引起表面形貌、成分等微观特性变化，进而表现出表面憎水性、陷阱特性等材料特性变化，反映出高电压下泄漏电流的非线性特性等电学现象-5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 现有规程中对复合绝缘子老化的判定方法仅限于外观检查和宏观特性试 验研究，存在主观性强、经验依赖性、理论基础薄弱、测试结果分散性 大等问题，在实际应用中已经凸显出很大的问题。 老化的本质是其材料在各种运行环境下不同应力的作用下产生化学键断 裂，产生低分子化合物，引起表面形貌、成分等微观特性变化，进而表 现出表面憎水性、陷阱特性等材料特性变化，反映出高电压下泄漏电流 的非线性特性等电学现象。 Ø 国内外研究现状及存在的问题

>解决思路：针对实验室人工电晕老化及现场自然老化的复合绝缘子，进行材料特性分析研究。采用多种不同方法（如泄漏电流、憎水性、表面微观形貌、表面成分、陷阱参数等）进行不同老化程度绝缘子的性能测试，分析不同方法得到的信息与老化之间的关系，寻找敏感性特征参数进行不同老化程度的定性和定量表征。提出基于材料特性的复合绝缘子老化表征体系，并拟定基于本项目研究成果的现场复合绝缘子老化评价应用策略。-6-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -6- 针对实验室人工电晕老化及现场自然老化的复合绝缘子，进行材料特性分 析研究。 采用多种不同方法（如泄漏电流、憎水性、表面微观形貌、表面成分、陷 阱参数等）进行不同老化程度绝缘子的性能测试。 分析不同方法得到的信息与老化之间的关系，寻找敏感性特征参数进行不 同老化程度的定性和定量表征。 提出基于材料特性的复合绝缘子老化表征体系，并拟定基于本项目研究成 果的现场复合绝缘子老化评价应用策略。 Ø解决思路：

三、项自研究内容和实施方案>主要研究内容针对现场不同老化程度的复合绝缘子，以及在实验室人工电晕老化的绝缘子试样，进行充分清洗、干燥后，探讨不同老化程度引起电流谐波变化建立不同老化程度与基波电流幅值、谐波含量之间的宏观关系：分析不同老化程度的憎水性静态接触角，建立不同老化程度与憎水性之间的关系;分析老化前后的表面陷阱参数，建立表面陷阱密度、能级与老化之间的关系;分析老化前后的表面微观形貌、表面成分变化，建立表面形貌、表面成分与老化之间的关系总结基于材料特性的复合绝缘子老化评价体系，提出基于本项目研究成果的现场复合绝缘子老化评估应用策略-7-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -7- 三、项目研究内容和实施方案 针对现场不同老化程度的复合绝缘子，以及在实验室人工电晕老化的绝缘 子试样，进行充分清洗、干燥后，探讨不同老化程度引起电流谐波变化， 建立不同老化程度与基波电流幅值、谐波含量之间的宏观关系； 分析不同老化程度的憎水性静态接触角，建立不同老化程度与憎水性之间 的关系； 分析老化前后的表面陷阱参数，建立表面陷阱密度、能级与老化之间的关 系； 分析老化前后的表面微观形貌、表面成分变化，建立表面形貌、表面成分 与老化之间的关系。 总结基于材料特性的复合绝缘子老化评价体系，提出基于本项目研究成果 的现场复合绝缘子老化评估应用策略。 Ø主要研究内容

>项目的实施方案泄漏电流测量对脏污复合绝缘子试品清洗、干燥后，保持试品表面洁净。试验时控制环境温度、湿度保持一定。探讨不同老化程度引起表面泄漏电流幅值、谐波变化，建立不同老化程度与其表面泄漏电流幅值、谐波含量之间宏观关系憎水性测试通过静态接触角测量仪器、测量显微镜或照相等方法可测量静态接触角的大小。研究表明，硅橡胶表面的憎水性与泄漏电流大小关系很大。表面陷阱参数分析采用拥有专利技术的等温电流衰减法则可以区分出电子陷阱和空穴陷阱其原理是对材料进行负极性或正极性电晕放电充电，而后在等温条件下后测量表面电位衰减，进而计算出表面陷在不同能级的密度分布。通过分析老化前后的表面陷阱参数，建立表面陷阱密度、能级与老化之间的关系表面微观特性分析通过SEM分析表面微观形貌，FTIR分析表面化学基团含量变化，XPS分析表面元素含量变化。-8-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotongUniversity

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -8- 泄漏电流测量 对脏污复合绝缘子试品清洗、干燥后，保持试品表面洁净。试验时控制环 境温度、湿度保持一定。探讨不同老化程度引起表面泄漏电流幅值、谐波变 化，建立不同老化程度与其表面泄漏电流幅值、谐波含量之间宏观关系。 憎水性测试 通过静态接触角测量仪器、测量显微镜或照相等方法可测量静态接触角θ 的大小。研究表明，硅橡胶表面的憎水性与泄漏电流大小关系很大。 表面陷阱参数分析 采用拥有专利技术的等温电流衰减法则可以区分出电子陷阱和空穴陷阱， 其原理是对材料进行负极性或正极性电晕放电充电，而后在等温条件下后测 量表面电位衰减，进而计算出表面陷阱在不同能级的密度分布。通过分析老 化前后的表面陷阱参数，建立表面陷阱密度、能级与老化之间的关系。 表面微观特性分析 通过SEM分析表面微观形貌，FTIR分析表面化学基团含量变化，XPS分析 表面元素含量变化。 Ø项目的实施方案

研究结论1、通过实验室电晕老化与现场老化的对比研究，提取了复合绝缘子老化的新型特征量，与现有HC分级进行对应分析，初步形成了基于材料特性的复合绝缘子老化评价体系，其中材料表面微观特性是半定量的老化表征方法，泄漏电流与陷阱特性属于定量老化表征方法。2将复合绝缘子老化过程划分为老化产生、缓慢进行、老化发展和加速老化四个阶段，并对各个老化阶段的特征进行了分析，提醒有关部门在老化发展阶段应引起注意，而到老化加速阶段应加强监测和抽样分析试验等。优3、初步提出采用电晕老化作为一种复合绝缘子人工加速老化的方法于现行的IEC和GB老化方法。-9-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -9- 1、通过实验室电晕老化与现场老化的对比研究，提取了复合绝缘子老化 的新型特征量，与现有HC分级进行对应分析，初步形成了基于材料特性 的复合绝缘子老化评价体系，其中材料表面微观特性是半定量的老化表 征方法，泄漏电流与陷阱特性属于定量老化表征方法 。 2、将复合绝缘子老化过程划分为老化产生、缓慢进行、老化发展和加速 老化四个阶段，并对各个老化阶段的特征进行了分析，提醒有关部门在 老化发展阶段应引起注意，而到老化加速阶段应加强监测和抽样分析试 验等。 3、初步提出采用电晕老化作为一种复合绝缘子人工加速老化的方法，优 于现行的IEC和GB老化方法。 Ø 研究结论

目录实验室电量老化的绝缘子样片特性研究二、现场自然老化绝缘子特性研究三、老化机理分析四、老化表征方式总结五、研究结论及成果总结-10-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -10- 一、实验室电晕老化的绝缘子样片特性研究 二、现场自然老化绝缘子特性研究 三、老化机理分析 四、老化表征方式总结 五、研究结论及成果总结 目 录