油浸式复合绝缘外套紫外老化特性及老化机制研究

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高温硫化硅(HTV)橡胶因其优良的电气性能在高压电气设备的外绝缘中广泛应用。在复合绝缘外套的实际运行过程中,其外绝缘材料HTV硅橡胶的绝缘性能是保证电气设备安全运行的关键。随着我国特高压工程的建设以及西电东送战略的实行,复合绝缘套管会在高海拔环境下大批量运行,强烈的紫外辐射会使得HTV硅橡胶发生老化,影响其憎水性、耐闪络性和机械性能。随着油浸式复合绝缘套管在高压电气系统中的广泛使用,矿物绝缘油对HTV硅橡胶绝缘性能和机械性能的影响慢慢体现出来。在电气设备实际运行过程中,硅橡胶降解老化后会使得绝缘油加快渗入,进一步加速硅橡胶老化进程,影响硅橡胶性能,危害复合绝缘套管甚至整个电力系统的可靠运行。本文以复合绝缘外套的外绝缘材料HTV硅橡胶绝缘片作为研究对象,研究了不同紫外老化时间下绝缘油在HTV硅橡胶中的相容性以及扩散规律,分析了紫外老化对HTV硅橡胶绝缘性能和机械性能的影响以及绝缘油的渗入对硅橡胶紫外老化进程的影响。研究对于更好地掌握油浸式复合绝缘套管在实际运行过程中的老化机制,绝缘外套老化寿命评估以及硅橡胶材料配方改性具有重要的理论意义和工程价值,同时也可为油浸式复合绝缘套管的高海拔挂网运行提供指导。本文主要研究工作如下:(1)搭建紫外老化试验平台,对不同紫外老化时间下的HTV硅橡胶进行绝缘油渗入试验,分析硅橡胶中绝缘油扩散规律以及老化时间对硅橡胶吸油率的影响。试验发现绝缘油吸油率和浸油时间成正比,但吸油速度随浸油时间的增加而减缓。随着紫外老化时间的增加,硅橡胶吸油量增加,饱和吸油率上升;硅橡胶达到饱和吸油率的时间减少,吸油速度加快,绝缘油扩散系数增加。(2)搭建HTV硅橡胶闪络试验平台、表面电荷测试平台,对不同老化时间下浸油硅橡胶继续进行老化试验,研究紫外老化对硅橡胶憎水性、耐闪络性、机械性能、表面电荷积聚消散特性以及不同紫外辐射时间后绝缘油的扩散对硅橡胶紫外老化进程的影响。发现紫外辐射老化后,硅橡胶的静态憎水角下降,闪络电压和机械强度降低;硅橡胶表面电荷积聚能力增加,表面电荷消散速率减慢。浸油前紫外辐射老化时间的增加会使得硅橡胶吸油速率增加,吸油量上升,进一步加速硅橡胶的老化进程,加剧硅橡胶电气性能和理、化性能的劣化。(3)搭建表面电位衰减(ISPD)试验平台,结合扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)测试,通过分析硅橡胶外观形貌、化学官能团和陷阱能级分布等微观性能的变化探究浸油硅橡胶紫外老化特性影响机理。研究发现浸油硅橡胶紫外老化后表面会产生裂纹,裂纹随着紫外辐射的加强逐渐变宽加深,硅橡胶中主链和侧链发生断裂,表面陷阱能级加深,深陷阱密度大幅增加。硅橡胶侧链的断裂使得硅橡胶整体对外呈现的极性增加,静态接触角降低,憎水性减弱。主链的断裂破坏了硅橡胶的三维立体网状结构,使得硅橡胶拉伸强度降低;深陷阱密度大幅增加,硅橡胶深陷阱密度的增加使得硅橡胶捕获电荷概率增大,硅橡胶表面电荷积聚能力增强,闪络电压下降。
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