基于随机森林算法的异常发热复合绝缘子分类模型

不同类型异常发热复合绝缘子对应的检修决策、应急处理手段各不相同,因此迫切需要建立复合绝缘子异常发热类型识别方法。该文分析了表面积污、护套老化受潮和芯棒酥朽发热复合绝缘子的表面中轴线温度曲线,并定义了7个温度特征量对复合绝缘子异常发热状态进行表征。此外,该文提出了基于随机森林算法的异常发热复合绝缘子分类型模型,并使用现场和实验室拍摄的异常发热复合绝缘子红外图像构建温度特征量样本集。采用SMOTE算法对芯棒酥朽复合绝缘子温度特征量进行数据增广、10折交叉验证选择决策树个数。模型测试结果显示,表面积污、护套老化受潮和芯棒酥朽复合绝缘子的分类精确率均在85%以上。

220 kV退役复合绝缘子芯棒整体回收再利用可行性研究

复合绝缘子在输电线路中得到了大规模应用,但早期投运的复合绝缘子开始批量退役,且数量逐年增加,因此,需要有效的回收利用方法来处理退役的复合绝缘子。该文以220 kV退役复合绝缘子芯棒的高压段、中间段和低压段作为研究对象,对比了退役芯棒与新芯棒的物理、热学、电气及力学性能和微观形貌差异,并基于性能评估结果进行推广,探索了退役芯棒的再利用价值和快速性能评估手段。结果表明,退役芯棒的环氧树脂基体含量下降程度保持在1.31%以内,饱和吸湿率小于0.008%;击穿强度基本保持在20 kV/mm以上,水煮6天泄漏电流值保持在50μA以内,具有良好的电气强度和绝缘性能;拉伸、弯曲和剪切强度分别保持在640 MPa、1500MPa和130 MPa以上,力学性能保持较高水平;内部纤维及树脂基体界面粘结性较好,材料孔隙率保持在1%以内,无明显大孔隙出现。总体而言,退役芯棒的整体性能良好,具有较高的回收再利用价值。研究结论对实现退役芯棒的高效回收再利用具有重要的参考价值。

湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制研究

湿热环境下,含界面缺陷的复合绝缘子更易发生酥朽断裂、界面击穿等严重事故。目前湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制尚未明确。本文对含有不同界面缺陷的复合绝缘子短样进行湿热老化,对比吸潮与干燥状态下各试样的温升与放电结果,然后通过解剖观察、微观形貌观察及表面元素与官能团变化分析,研究湿热环境对含界面缺陷复合绝缘子性能的影响。结果表明:绝缘子界面缺陷在湿热作用下会加速绝缘子的老化进程,扩大为界面失效,界面处局部放电与水分杂质的极化损耗会引发异常发热故障,其中金属缺陷引发的温升明显高于其他类型缺陷;随着界面缺陷逐步扩大,环氧树脂由界面向内部发生氧化分解,玻璃纤维大量裸露,进而发生劣化。

交变载荷下绝缘拉杆用GFRP电树枝劣化特性

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)现场调试或运行过程多次发生绝缘拉杆内部击穿问题,影响工程投运与设备可靠性,迫切需要探明故障机理。该文选取GIS断路器绝缘拉杆用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料(glass fiber reinforced epoxy resin composite,GFRP)为研究对象,通过计算分、合闸下绝缘拉杆主应力分布特性,设置交变载荷下电树枝劣化实验条件,研究不同交变载荷对GFRP内电树枝生长特性影响规律。结果表明,相较于单一载荷,交变载荷条件下GFRP中电树枝生长速度加快,平均击穿时间降低,击穿概率增大。基于复合材料力学仿真发现交变载荷下GFRP内树脂-纤维界面处会出现较大的应力集中,局部应力损伤已达到失效的临界值。综上,交变载荷下绝缘拉杆纤维-树脂界面机械损伤与绝缘劣化交互演进是造成绝缘击穿的主要原因,也可作为试验考核与结构设计的改进依据。

玻璃纤维增强环氧树脂复合材料性能研究

【目的】研究玻璃纤维增强环氧树脂复合材料在绝缘拉杆领域的应用。【方法】采用7628玻璃纤维织物为增强材料,双酚A型环氧树脂为基体,制备环氧玻璃纤维复合材料。对复合材料进行电气性能、机械性能与热力学性能测试,根据试验结果分析复合材料各项性能特点,并与绝缘拉杆用产品材料性能参数进行对比。【结果】7628玻璃纤维增强环氧树脂复合材料拉伸强度可达到583 MPa,弯曲强度达到570 MPa,剪切强度达到53 MPa,击穿电压大于100 kV,玻璃化转变温度达到106℃,线膨胀系数仅为6.84×10~(-6);绝缘拉杆产品拉伸破坏强度为149 kN,机械性能裕度为1.5倍,且通过了1.2倍雷电冲击裕度试验。【结论】该复合材料具有优异的机械性能、电气击穿强度与热力学稳定性,不仅保证了绝缘拉杆的稳固性和耐久性,还提高了其在复杂环境中的可靠性和安全性,在绝缘拉杆领域具有良好的应用前景。

轨道交通小长径比复合绝缘子研制

近年来,结构高度与绝缘伞裙外径尺寸比值较小的小长径比复合绝缘子在轨道交通接触轨支撑领域需求较大,该外形特征的复合绝缘子较难满足较高的机电性能要求。本文从原材料选择、结构设计、关键工艺控制方面,提出了提高此类小长径比复合绝缘子机电性能的建议方案,并通过相关试验验证了方案的可行性。

玄武岩纤维增强脂环族改性双酚A环氧树脂的耐盐雾性能

为了提高复合绝缘横担在高温、高湿、高盐等地区的运行可靠性,需要研发具有高耐盐雾性的复合绝缘横担芯棒材料。该研究利用双酚A型环氧树脂(E–51)、脂环族环氧树脂改性双酚A环氧树脂(2021P/E–51)、增韧型二聚酸改性双酚A环氧树脂(EPD–172/E–51)3种树脂体系作为基体树脂,以高耐候性玄武岩纤维作为增强材料,制备了三类芯棒材料(BFRP–E51、BFRP–2021P、BFRP–EPD172),并对比分析了盐雾老化后三类芯棒材料的性能差异。结果表明,盐雾老化28d后BFRP–2021P及BFRP–EPD172的层间剪切性能分别降低至39.77 MPa及37.69 MPa,泄漏电流分别上升至45.70μA及45.53μA,相比于BFRP–E51具备较高的性能稳定性。并且该文通过扫描电镜及红外光谱分析证实了BFRP–2021P及BFRP–EPD172对界面耐盐雾性能的提升是其性能稳定的关键因素。BFRP–2021P及BFRP–EPD172作为复合芯棒材料在高湿高盐的运行环境下具有巨大的应用前景。

一起500kV复合绝缘子断裂故障分析

针对一起禁飞区500 kV复合绝缘子断裂导致导线掉线事故,依据现行标准对故障绝缘子开展了外观检测、材料性能试验和电气试验。综合现场事故调查情况和检测分析结果发现,由于复合绝缘子芯棒玻璃纤维与硅橡胶护套界面存在缺陷,在挂网运行多年后绝缘子芯棒老化,加之受运行环境综合影响,加剧了芯棒内部纤维化和整体结构变性,最终导致绝缘子酥朽断裂,进而发生导线脱串掉线事故。最后,给出无人机禁飞区、弱信号等区段线路复合绝缘子的运维策略及防范措施,以避免此类事故再次发生,确保电网安全稳定运行。

超声法检测绝缘子用玻璃钢芯棒脆断裂纹的研究

脆断是高电压复合绝缘子在很低的日常载荷下发生的恶性断裂事故,国内外研究认为应力腐蚀造成了绝缘子芯棒脆断的发生。文中根据芯棒脆断的特点,提出以超声纵波斜入射检测芯棒脆断横截面上的裂纹,同时据此研制了一种用于芯棒脆断裂纹检测的超声探头,并对芯棒脆断时裂纹的扩展过程进行了检测,得到了芯棒脆断裂纹发展过程中超声脉冲回波幅值的变化并对其进行了讨论分析,这对于进一步了解复合绝缘子的脆断机理有重要意义。

高海拔地区直流耐张绝缘子布置方式对其污闪特性的影响

绝缘子污闪特性的研究主要集中在悬垂Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅴ型布置的瓷、玻璃绝缘子,对水平耐张布置绝缘子的污闪特性研究较少,为此在1970m高海拔试验基地分别试验研究了水平耐张布置和悬垂Ⅰ型复合绝缘子和长棒形瓷绝缘子2种直流绝缘子人工污秽闪络特性的影响。结果表明:布置方式对绝缘子直流污闪特性影响不同;在不同污秽程度下,复合绝缘子悬垂Ⅰ型布置的均匀升压法,直流污闪电压比水平布置时高3.9%～9.3%;长棒形瓷绝缘子水平耐张布置的恒压升降法直流污闪电压比Ⅰ型布置时高2.76%～26.1%。最后用高速摄影机拍摄了绝缘子放电发展过程,探讨了2种布置方式对复合绝缘子与长棒形瓷绝缘子直流污闪特性不同影响规律的原因。

110～500kV复合绝缘子的雷电闪络特性

为研究复合绝缘子的雷电冲击闪络特性，在110kV、220kV和500kV电压等级下对复合绝缘子进行了大量的试验。利用Matlab分析试验数据，得到了不同电压等级绝缘子50％雷电冲击电压与干弧距离的关系曲线，拟合出了110-500kV绝缘子50％雷电冲击电压与干弧距离的关系表达式，通过逐步提高冲击电压的峰值研究并绘制出了110kV绝缘子的伏秒特性曲线，为复合绝缘子的选型提供了参考。

特高压交流架空线路用复合绝缘子均压特性研究

介绍了特高压交流架空线路用1 000 kV棒形悬式复合绝缘子电场分布计算及均压特性研究等情况,运用三维有限元法,比较了整体单支、1/3和2/3元件组串、1/6和5/6元件组串和一种1/6瓷质绝缘子及5/6复合绝缘子组串,结果可以看出,两复合绝缘子元件组串对电场分布没有任何改善,在结构上复合绝缘子采用整体单支比两元件组串的好;导线侧使用瓷质绝缘子,接地侧使用复合绝缘子组串,可以充分利用瓷质绝缘子良好的耐电弧性和复合绝缘子良好的憎水防污性,比采用整体单支复合绝缘子的电场分布均匀,使复合绝缘子元件端部密封处的电场强度降低了60%以上。计算分析了特高压绝缘子的电场分布,均压环经优化配置后,使整体单支复合绝缘子导线侧的电场强度小于320 V/mm,瓷质绝缘子和复合绝缘子组串,复合绝缘子承受的最大场强小于110 V/mm。

500kV复合绝缘子断裂机理及检测方法

复合绝缘子断裂对输电线路的安全稳定运行构成了严重威胁。结合500 kV复合绝缘子断裂故障,分析了复合绝缘子断裂机理及原因,探讨了红外热像检测及紫外电晕检测技术在复合绝缘子检测中的应用效果。结果表明:在局部强电场和弱酸腐蚀综合作用下,芯棒机械性能降低是复合绝缘子断裂的重要原因;红外热像检测、紫外电晕检测等带电检测手段能有效发现复合绝缘子的缺陷,具有距离远、不接触、准确、实时、快速等优点;为避免复合绝缘子断裂事故,有必要优化复合绝缘子均压环的结构,选择最佳的均压环直径、管径及安装位置,改善复合绝缘子沿面场强及电压分布的不均匀性,抑制复合绝缘子局部区域的电晕放电现象。

棒形悬式复合绝缘子覆冰操作冲击特性的研究

覆冰后的棒形悬式绝缘子电气强度明显下降,容易造成覆冰绝缘子串冰闪事故。分别研究了不同覆冰重量和水电导率对操作冲击U50%放电电压的影响,得出覆冰棒形悬式复合绝缘子的U50%放电电压随覆冰重量和水电导率的增加呈乘幂关系下降;冰闪电压随覆冰重量下降的速率呈逐渐变缓的趋势;棒形悬式复合绝缘子的正极性比负极性的操作冲击放电电压低。

防护复合绝缘子芯棒脆断的方法

针对高压输电线路复合绝缘子发生的脆断事故,提出采用无硼耐酸芯棒以外的另一种有效防护复合绝缘子芯棒脆断的方法。在复合绝缘子芯棒表面涂覆一层鳞片涂料,涂层厚度达0.1mm以上时,可以形成有效的应力腐蚀防护层。应力腐蚀测试结果表明,原耐应力腐蚀性能很差的芯棒可改变为能达到应力腐蚀标准的芯棒,且远远超过标准要求。芯棒耐应力腐蚀性能可进一步随涂层厚度的增加而提高。该方法在不改变芯棒原来的电气、机械性能情况下,大大提高了芯棒的耐应力腐蚀性能,从而得到一种电气性能与耐应力腐蚀性能均优异的复合绝缘子芯棒;且该方法简单易行,可对现有耐应力腐蚀性能较差的芯棒进行改进。

复合镀金刚石及其在钢齿牙轮钻头齿面强化的应用

采用Ti-Ni复合镀覆处理工艺对金刚石进行表面金属化处理来改善金刚石表面的镀层结构，使金刚石表面形成一层组织均匀、致密的Ti-Ni复合镀层结构，镀层的物相为TiC、Ti和非晶态Ni，同时大大提高了镀层的质量。采用经Ti-Ni复合镀覆处理的GB／T6405-94标准MBD4型70／80目人造金刚石和优选的YQ4型球形硬质合金，并加入焊接性能良好的Ni＋B＋Si合金粉末制备出新型管装复合焊条，其焊皮材料为Cu基新型焊片。用此焊条对钢齿牙轮钻头的齿面进行堆焊强化处理。经对堆焊层试样性能分析，其剪切强度达到了625MPa，并且硬质相、胎体合金以及基体之间结合良好，达到了实际工艺的强度要求。在堆焊过程中热绝缘剂的使用，很好地避免了硬质相受到热损伤，使金刚石和硬质合金的优异性能都得到了良好的发挥。造粒工艺、拉管成型工艺的采用，进一步提高了堆焊层耐磨性能。通过镀层的连接强度和耐磨试验分析，采用新型焊条堆焊的试样耐磨性是普通堆焊的2-5倍。

植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变分析

光纤布拉格光栅以其良好的绝缘性能、微小的体积以及抗电磁干扰的优势,成为复合绝缘子运行状况监测的重要手段。为了弄清光纤复合绝缘子内布拉格光栅应变情况,利用有限元法分析了植入复合绝缘子芯棒内的光纤布拉格光栅热应变和应力应变,得出了在复合绝缘子自身结构应力及温度变化导致的热应力综合作用下,光栅的中心波长以及反射光谱与芯棒结构及材料参数之间的关系,得出了光栅应变灵敏度系数与基体材料的结构参数之间的关系;并根据热应变情况计算出在金具压接区部位的光栅温度灵敏度系数,利用绝缘子典型部位温度变化模拟分析了光纤光栅的反射谱变化。这些研究为光纤复合绝缘子的应用推广提供了理论支持。

高压复合绝缘子用GFRP材料吸湿特性及湿应力分布数值模拟

在我国南方长期高温高湿环境下,外界水分逐渐侵入复合绝缘子芯棒内部,会造成芯棒酥朽劣化甚至会使整支绝缘子断裂,因此准确模拟及分析水分入侵过程对于解决此类问题至关重要。该文仿真计算外界环境温度分别为10℃、20℃和30℃,相对湿度为90%下高压复合绝缘子用玻璃纤维增强环氧树脂(GFRP)材料的瞬态吸湿扩散过程及材料内部的湿应力变化情况。结果显示,水分在GFRP材料内部的扩散过程满足Fick定律,且吸湿扩散率和饱和吸湿率均随环境温度的升高而有所增大;在GFRP材料内部纤维分布密集处和纤维-基体界面处存在较大的湿应力和湿失配应力,且其与吸湿量正相关。当饱和吸湿率在0.008%~0.4%时,材料内部最大湿应力可达到48.07~66.06MPa。进一步研究分析得出,材料内部吸湿和脱湿周期性循环且湿应力水平较高的情况下,易产生微裂纹、微孔洞、纤维-基体界面脱粘开裂等缺陷,并进一步促进材料的吸湿。该文将计算值与已有文献中的试验值进行比较,相对误差在±5%以内,验证了模型的合理性和计算结果的正确性。研究结论对揭示复合绝缘子芯棒酥朽断裂机理、提高复合绝缘子使用寿命具有重要的参考价值。

棒形悬式复合绝缘子在变电站的应用及前景

阐述了复合绝缘子应用于变电站的主要问题是在强电场的条件下,如何长期可靠地运行,并结合当前的运行经验和研究成果,从电气特性和机械特性等方面提出了复合绝缘子应用于变电站具体的建议和运行维护措施。认为耐张串复合绝缘子应采用双串;宜使用耐酸芯棒,且芯棒直径不小于24mm;端部连接工艺用内楔式;连接金具需优化设计;采用双串进行电气间隙校核。

伞套硅橡胶含量对复合绝缘子运行寿命的影响

现有技术的硅橡胶复合绝缘子运行寿命仅10~20 a,远低于瓷/玻璃绝缘子的50~100 a寿命。考虑到相对集中的老化风险和密集更换的巨额投入,该产品在不远的将来可能成为电网隐患,因此大幅度提升复合绝缘子寿命已成为亟待解决的问题,其中酥朽缺陷频发和防污闪性能下降是影响寿命的两大焦点。基于运行统计、电场分布计算、酥朽绝缘子解剖、交变屈曲–电场–温度–湿度的多因素疲劳试验及硅橡胶伞套低温机械性能测试等,验证了交变弯曲是部分酥朽的重要成因,在低温条件共同作用下易导致现有产品的低硅橡胶含量伞套劣化、开裂,从而丧失对芯棒和界面的保护作用,致使紧凑型V串、跳串等易承受弯曲荷载的绝缘子具有高酥朽占比;过于严苛的电蚀损要求已成为限制伞套胶含量及复合绝缘子寿命的瓶颈;合理突破现行标准的电蚀损参数以实现胶含量的大幅度提高,从而使伞套长久保持硅橡胶固有的耐候性、耐寒性、低温弹性及憎水迁移性已成为提升复合绝缘子寿命的关键。