專利名稱：一種電場分布均勻的特高壓合成絕緣子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，屬于電工材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在高壓輸變電系統(tǒng)中，絕緣是最為關(guān)鍵的核心問題之一；系統(tǒng)電壓等級越高，絕緣問題的重要性和困難度均越加顯著。硅橡膠合成絕緣子是電力系統(tǒng)中最廣泛應(yīng)用的絕緣設(shè)備，在使用過程中承受的電壓分布往往極不均勻。在絕緣子的高壓端部分，所承受的電場強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出整體電場強(qiáng)度的平均值，甚至達(dá)到平均值的數(shù)倍，由此帶來了一系列不利的影響，尤其是材料老化的問題。硅橡膠作為有機(jī)聚合物類電介質(zhì)材料，承受的電場強(qiáng)度越大，其老化速度往往更快，程度也更為嚴(yán)重，由此會對系統(tǒng)的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的威脅。系統(tǒng)電壓等級越高，絕緣子電場分布不均勻的問題也越嚴(yán)重。為了改善復(fù)合絕緣子整體電壓分布的均勻程度，緩和局部的高電場強(qiáng)度，目前最常用的技術(shù)手段是在絕緣子電極端布置均壓環(huán)。這一措施對于緩和絕緣子不均勻電場具有一定效果，但會顯著增加設(shè)備制造的復(fù)雜度和困難度，而均壓效果并不能達(dá)到比較理想的程度。例如，某IOOOkV特高壓線路合成絕緣子設(shè)計方案中，絕緣子傘徑200mm，而均壓環(huán)外徑達(dá)到800mm、截面直徑要求100mm，極大地增加了絕緣子對線路桿塔在空間尺寸和承重能力方面的要求；即使采取上述均壓措施后，絕緣子軸向電場強(qiáng)度的最大最小數(shù)值之比仍然高達(dá)6倍以上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，在絕緣子串高壓電極端采用一種新型非線性復(fù)合材料制備的絕緣子替代傳統(tǒng)硅橡膠材料的絕緣子，以改善絕緣子串整體電場分布不均勻性。本發(fā)明提出的電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，包括接地電極端和均壓環(huán)、硅橡膠絕緣子、非線性特性絕緣子以及固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)，硅橡膠絕緣子和非線性特性絕緣子相互連接，所述的接地電極端和均壓環(huán)置于硅橡膠絕緣子的端部，所述的固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)置于非線性特性絕緣子的端部；所述的硅橡膠絕緣子占特高壓合成絕緣子總長度的4/5，所述的非線性特性絕緣子占特高壓合成絕緣子總長度的 1/5。上述特高壓合成絕緣子中，所述的非線性特性絕緣子的材料為硅橡膠基絕緣復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法是將具有壓敏特性的氧化鋅粉體填充到硅橡膠材料中，氧化鋅粉體與硅橡膠的體積比為氧化鋅粉體硅橡膠=(0. 4 0. 6) 1。本發(fā)明提出的電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，采用新型非線性復(fù)合材料制備絕緣子單體，與傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體混合組裝成新型特高壓用合成絕緣子，能夠顯著改善特高壓絕緣子整體電場分布的不均勻性，提高特高壓絕緣子在運(yùn)行過程中的安全可靠性和使用壽命。采用本發(fā)明提出的特高壓合成絕緣子，可以進(jìn)一步調(diào)整絕緣子均壓環(huán)部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，減小均壓環(huán)尺寸甚至取消，極大地減小特高壓絕緣子設(shè)計生產(chǎn)安裝的難度與成本。


圖1是本發(fā)明提出的電場分布均勻的特高壓合成絕緣子的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，1是連接桿塔等固定結(jié)構(gòu)的接地電極端及其均壓環(huán)，2是傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子部分(占總長度的4/5)，3是非線性特性絕緣子部分(占總長度的1/5)，4是固定導(dǎo)線的高壓電極端及其均壓環(huán)，5是實(shí)物效果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括接地電極端和均壓環(huán)1、硅橡膠絕緣子2、非線性特性絕緣子3以及固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)5，硅橡膠絕緣子2和非線性特性絕緣子3相互連接。接地電極端和均壓環(huán)1置于硅橡膠絕緣子2的端部。固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)4置于非線性特性絕緣子3的端部。 硅橡膠絕緣子2占特高壓合成絕緣子總長度的4/5，非線性特性絕緣子3占特高壓合成絕緣子總長度的1/5。上述特高壓合成絕緣子中，所述的非線性特性絕緣子的材料為硅橡膠基絕緣復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法是將具有壓敏特性的氧化鋅粉體填充到硅橡膠材料中，氧化鋅粉體與硅橡膠的體積比為氧化鋅粉體硅橡膠=(0. 4 0. 6) 1。本發(fā)明的特高壓合成絕緣子，采用一種具有非線性介電特性的，非線性特性絕緣子的材料制備成新型非線性特性絕緣子單體。該材料具備顯著的非線性介電特性，在無外加偏壓時材料介電常數(shù)與硅橡膠接近；隨著偏置電壓升高，材料介電常數(shù)緩慢增長；當(dāng)外加偏壓超過臨界閾值(100 300V/mm)后，材料介電常數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)量級快速增長的趨勢，數(shù)值很快達(dá)到幾百。用該材料制備絕緣子單體的具體工藝設(shè)備和程序，與傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體完全類似。制備的新型非線性特性絕緣子單體長度約為1.5m，是特高壓合成絕緣子整體長度 (不含金具部分的總長度約為7. 5m左右)的1/5左右。本發(fā)明采用新型非線性特性絕緣子單體與傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體混合組裝特高壓用合成絕緣子，非線性特性絕緣子單體長度約為特高壓合成絕緣子整體長度(不含金具部分)的1/5，置于固定導(dǎo)線的高壓電極端；傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體長度約為特高壓合成絕緣子整體長度(不含金具部分)的4/5，置于連接桿塔等固定結(jié)構(gòu)的接地電極端。新型非線性特性絕緣子單體占特高壓合成絕緣子整體長度的比例可以根據(jù)絕緣子實(shí)際運(yùn)行過程所處空間電場的不均勻分布狀況進(jìn)行針對性的設(shè)計調(diào)整。組裝本發(fā)明提出的特高壓合成絕緣子所需的其它部件(金具、芯棒等)與傳統(tǒng)硅橡膠合成絕緣子完全相同，組裝過程涉及的工藝設(shè)備和程序也完全相同。組裝后的特高壓合成絕緣子整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。本發(fā)明提出的特高壓合成絕緣子，能夠顯著改善特高壓絕緣子整體電場分布的不均勻性，提高特高壓絕緣子在運(yùn)行過程中的安全可靠性和使用壽命；比全部采用傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子的設(shè)計方案，該新型絕緣子軸向電場強(qiáng)度的最大最小數(shù)值之比不到3倍，該比值比采用均壓措施的傳統(tǒng)絕緣子減小約一半。以下介紹本發(fā)明的一個實(shí)施例(1)采用新型非線性復(fù)合材料制備絕緣子單體采用一種具有非線性介電特性的硅橡膠基絕緣復(fù)合材料，進(jìn)行新型非線性特性絕緣子單體的制備。該材料采用具有壓敏特性的ZnO粉體填充到傳統(tǒng)硅橡膠材料中，ZnO粉體與硅橡膠的體積比為0.5 1。該材料具備顯著的非線性介電特性，在無外加偏壓時材料介電常數(shù)與硅橡膠接近；隨著偏置電壓升高，材料介電常數(shù)緩慢增長；當(dāng)外加偏壓超過臨界閾值O00V/mm)后，材料介電常數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)量級快速增長的趨勢，數(shù)值很快達(dá)到200以上。用該材料制備絕緣子單體的具體工藝設(shè)備和程序，與傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體完全類似。制備的新型非線性特性絕緣子單體長度1. 5m。(2)采用新型非線性特性絕緣子單體與傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體混合組裝特高壓用合成絕緣子新型非線性特性絕緣子單體長度1. 5m，為特高壓合成絕緣子整體長度(不含金具部分)的1/5，置于固定導(dǎo)線的高壓電極端；傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體長度6m，為特高壓合成絕緣子整體長度(不含金具部分)的4/5，置于連接桿塔等固定結(jié)構(gòu)的接地電極端。組裝新型特高壓合成絕緣子所需的其它部件(金具、芯棒等)與傳統(tǒng)硅橡膠合成絕緣子完全相同，組裝過程涉及的工藝設(shè)備和程序也完全相同。對組裝后的新型特高壓合成絕緣子進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)，相關(guān)結(jié)果表明該新型絕緣子軸向電場強(qiáng)度的最大最小數(shù)值之比不到3倍，比全部采用傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子的設(shè)計方案減小約一半；在相同試驗(yàn)條件下，絕緣子高壓電極端的可見電暈明顯減弱、可聽噪聲明顯降低；電暈電流顯著減小，而泄漏電流未顯著增加，表明絕緣子整體絕緣性能基本未受影響。
權(quán)利要求
1.一種電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，其特征在于該特高壓合成絕緣子包括接地電極端和均壓環(huán)、硅橡膠絕緣子、非線性特性絕緣子以及固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)， 硅橡膠絕緣子和非線性特性絕緣子相互連接，所述的接地電極端和均壓環(huán)置于硅橡膠絕緣子的端部，所述的固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)置于非線性特性絕緣子的端部；所述的硅橡膠絕緣子占特高壓合成絕緣子總長度的4/5，所述的非線性特性絕緣子占特高壓合成絕緣子總長度的1/5。
2.如權(quán)利要求1所述的特高壓合成絕緣子，其特征在于其中所述的非線性特性絕緣子的材料為硅橡膠基絕緣復(fù)合材料，該復(fù)合材料的制備方法是將具有壓敏特性的氧化鋅粉體填充到硅橡膠材料中，氧化鋅粉體與硅橡膠的體積比為氧化鋅粉體硅橡膠=(0.4 0.6) 1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電場分布均勻的特高壓合成絕緣子，屬于電工材料技術(shù)領(lǐng)域。本特高壓合成絕緣子中，硅橡膠絕緣子和非線性特性絕緣子相互連接，所述的接地電極端和均壓環(huán)置于硅橡膠絕緣子的端部。固定導(dǎo)線的高壓電極端和均壓環(huán)置于非線性特性絕緣子的端部；所述的硅橡膠絕緣子占特高壓合成絕緣子總長度的4/5。非線性特性絕緣子占特高壓合成絕緣子總長度的1/5。本發(fā)明提出的特高壓合成絕緣子，采用非線性復(fù)合材料制備絕緣子單體，與傳統(tǒng)硅橡膠絕緣子單體混合組裝而成，能夠顯著改善特高壓絕緣子整體電場分布的不均勻性，提高運(yùn)行過程中的安全可靠性和使用壽命，減小均壓環(huán)尺寸甚至取消，極大地減小特高壓絕緣子設(shè)計生產(chǎn)安裝的難度與成本。
文檔編號H01B19/00GK102298996SQ20111025478
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者何金良, 余占清, 張波, 曾嶸, 殷禹, 胡軍, 謝竟成 申請人:中國電力科學(xué)研究院, 清華大學(xué)