摘要：端部密封破坏是造成合成绝缘子脆断和内绝缘击穿等恶性事故的主要原因之一 ，但有关合成绝缘子端部密封的试验尚未充分被有关部门所接受，亦未形成正式国家或行业标准。张家口供电公司及其它有关单位遵照华北电力集团公司指示，积极配合华北电力科学研究院有限责任公司进行了华北电网500 KV线路合成绝缘子端部密封性能的试验研究,掌握了京津唐电网中运行3～5年合成绝缘子端部密封性能的第一手资料。
关键词：合成绝缘子 端部界面 密封 脆断
1 研究目的
硅橡胶合成绝缘子具有优良的耐污闪性能，在华北电网的防污闪工作中发挥了重要的作用 。但合成绝缘子的密封尤其端部密封是一个值得注意的问题。近年来网内外发生了几起因端部密封破坏引起的恶性事故，例如：1999年7月盘山—安定500 KV线路合成绝缘子脆断。华北电力集团公司有关领导对此十分重视，要求对华北电网500 KV线路上运行的合成绝缘子端部密封性能做一次摸底检查，以作到对挂网合成绝缘子的情况心中有数，为电网安全运行掌握第一手资料。为此特组织张家口供电公司、北京供电公司、大同超高压供电公司及内蒙古超高压供电公司从所属500 KV线路上换下一定数量运行多年的合成绝缘子,由华北电力科学研究院有限责任公司集中进行端部密封性能试验，并请张家口供电公司、北京供电公司、大同超高压供电公司、内蒙古超高压供电公司及保定超高压工区派有关人员参加 。
2 参考标准及试验步骤
近年来，国内逐步意识到合成绝缘子端部密封的重要性，但到目前为止，尚未制订出有关端部密封的国家标准或行业标准，因此本研究主要参照相关的国际标准：IEC1109(1992)《标称电压高于1 000 V的交流架空线路用合成绝缘子——定义、试验方法及验收准则》的补充件1(1995—04)(下称《标准》)。试验按该《标准》规定的抽样试验第4项“端部附件和绝缘子护套间界面的紧密性和额定机械负荷(SML)的检验”执行。具体试验步骤如下：
(1) 从4个供电公司提供的合成绝缘子试品中各抽取1支(共4支)，做绝缘子高压侧(球头侧)的端部密封试验，再各抽取1支(共4支)，做绝缘子接地侧(球窝侧)的端部密封试验；
(2) 对试品端部表面进行预清洗；
(3) 将试品端部完全浸于渗透剂溶液中；
(4) 在试品上施加70%的额定机械负荷，并保持1 MIN，施加机械负荷的过程中，要求绝缘子端部浸于渗透剂中，且在卸载后，渗透剂继续作用于绝缘子端部，直至达到20 MIN；
(5) 卸载后，清洁试品表面并干燥试品；
(6) 将试品端头(含金具、芯棒及护套)沿轴线切开，进行检查，如果经过上述试验,试品端头未发生金具破坏、芯棒拉出及渗透剂渗入至芯棒等问题，则认为试品通过本次端部密封性能试验。
为了考察运行多年且仍在运行的合成绝缘子的端部密封实际可达到的强度，并从试验中获取更多的信息，在通过上述密封性能试验后，从各供电公司提供的合成绝缘子中再各抽取一支(共4支)作为试品。其中2支做绝缘子高压侧的端部密封试验；另2支做接地侧的端部密封试验。试验步骤同上，但其中第4条作如下更改：
在试品上施加100%的额定机械负荷(《标准》中仅要求施加70%额定机械负荷)，并保持20 MIN(《标准》中仅要求1 MIN)。施加机械负荷的过程中，仍要求绝缘子端部浸于渗透剂中，直至卸载，即渗透剂的作用时间不少于20 MIN。
3 试品
所有试品均为用作直线串的500 KV合成绝缘子，额定机械负荷为180 KN，分属张家口供电公司、北京供电公司、大同超高压供电公司、内蒙古超高压供电公司，均为国内某厂中期产品。
3.1［试验1］施加70%额定机械负荷(126 KN)，耐受1 MIN
(1) 第一组：高压侧密封试验
1号：盘—安线(北京)，塔号不详，1995年10月22日投入运行；
2号：丰—同线，23号塔右相(大同)，1995年9月20日投入运行，约一年后停运；
3号：丰—沙线，334号塔(张家口)，相序不详，1995年3月12日投入运行；
4号：丰—沙线，18号塔B相(内蒙古)，1995年3月12日投入运行。
(2) 第二组：接地侧密封试验
5号：盘—安线(北京)，塔号不详，1995年10月22日投入运行；
6号：丰—同线，23号塔左相(大同)，1995年9月20日投入运行，约一年后停运；
7号：丰—沙线(张家口)，塔号不详，1995年3月12日投入运行；
8号：丰—沙线，17号塔C相(内蒙古)，1995年3月12日投入运行。
3.2［试验2］施加100%额定机械负荷(180 KN)，耐受20 MIN
(1) 第一组：接地侧密封试验
A号：丰—沙线，334号塔(张家口)，相序不详，1995年3月12日投入运行；
B号：丰—同线，143号塔右相(大同)，1995年9月20日投入运行，约一年后停运。
(2) 第二组：高压侧密封试验
C号：盘—安线(北京)，塔号不详，1995年10月22日投入运行；
D号：丰—沙线，21号塔A相(内蒙古)，1995年3月12日投入运行。
4 试验数据
图1为合成绝缘子试品端部的内楔式接头结构示意图。由该图知：试品端部共有3处是以室温硫化硅橡胶(RTV)构成的密封界面。所有试品的试验结果列于表1，其中各界面的密封效果由渗透剂是否渗透该界面表示。
5 分析
合成绝缘子以环氧树脂浸渍的玻璃纤维芯棒承受机械负荷，但芯棒的耐大气老化性能相对较弱，因此以高温硫化硅橡胶伞裙护套覆盖于芯棒外，一方面提供良好的外绝缘性能 ，另一方面保护芯棒免受大气侵袭。经过国内外数十年的发展，硅橡胶伞裙护套质量已可作到比较过关，因此大气环境对芯棒的破坏主要是通过合成绝缘子上不同材料间的界面实现的，从一定角度讲，这些界面的密封性能将决定合成绝缘子的使用寿命。
京津唐及华北电网500 KV及以下线路上使用了一大批国内某厂1994年前后生产的第二代产品，该产品已由早期的灌缝胶结构发展为挤包护套结构，但其端头密封并未做改进。这批绝缘子已运行4～5年，其端部密封是否已老化?能否使用到合成绝缘子的预期寿命(关于合成绝缘子的寿命，看法不一：乐观的估计是30年，保守的估计是15年)?这是运行部门普遍关注的问题，也是本试验的目的所在。
对于本试验试品的楔接式接头结构，大气环境中的酸性水分侵袭芯棒的途径主要有以下二点：
第一，护套与金具1之间的密封界面1(图1所示)，一旦破坏，外界水分将可能由该处进入金具内腔，直接到达芯棒，并在电场的共同作用下，造成芯棒电气及机械性能的劣化,最终导致合成绝缘子的脆断或内绝缘击穿等事故，因此该界面是本试验考察的重点。试验结果表明：无论是按《标准》进行的试验(施加70%额定机械负荷，耐受1 MIN)，还是按提高标准进行的试验(施加100%额定机械负荷，耐受20 MIN)，试品高压侧和接地侧的密封界面1均通过了试验，表现出良好的密封性能。
第二，由密封界面2和密封界面3组成的途径(图1所示)，在密封界面2、3均遭破坏的情况下，水分有可能沿界面2进入两金具之间的螺纹区，并穿过该区到达界面3，最终到达芯棒，破坏芯棒。试验结果表明：按《标准》(施加70%额定机械负荷，耐受1 MIN)进行的试验中，1号和3号试品的密封界面2被破坏，按提高标准(施加100%额定机械负荷，耐受20 MIN)进行的试验中，A号试品的密封界面2被破坏，且渗透剂均渗入至金具螺纹区，其中3号试品的螺纹区已出现锈蚀。考虑到第二条途径中的密封界面3位于金具内腔，不会受到强电场的作用及人为因素(例如：施工中的外力破坏)的影响，因此运行过程中受到破坏的可能性较小，即外界水分通过密封界面2后，再通过密封界面3造成脆断和内绝缘击穿等恶性事故的可能性较小。但是为保证这类楔接式接头结构的可靠性，仍然希望有关厂家重视密封界面3的生产质量。密封界面2被破坏可能造成两金具之间螺纹区的锈蚀，降低金具的机械性能，但是到目前为止，尚未发生完全因金具损坏造成的合成绝缘子事故。
上述试验表明，目前运行于华北电网的上述厂家的中期产品仍可继续挂网运行，但应在维护中加强对端部密封(包括护套与金具的密封和两金具之间的密封)的监测，至少应作到按周期(3～5年)抽取部分绝缘子进行端部密封性能试验。
对于新合成绝缘子的选用，运行部门应要求厂家按照国际标准进行端部密封性能试验 ，最好要求厂家提供其在产品端部密封上所采取的措施。例如：广州MPC国际电工有限公司在金具内腔与护套之间压入一个弹性良好的高温硫化硅橡胶密封圈以达到良好的密封效果。保定绝缘子厂于1994年后对绝缘子密封结构作了改进，采用办法是，在绝缘子两金具间的界面处，在金具上开凹槽，加厚该处密封胶的厚度；目前又在护套与金具间的界面上采用了压紧式密封结构。另有部分厂家直接采用高温硫化硅橡胶替代RTV密封胶。对这些措施的了解将有助于运行部门对产品的选择。
6 结论
(1) 运行于华北电网500 KV主网的国内某厂合成绝缘子的端部密封性能基本合格；
(2) IEC1109 《AMENDMENT 1》规定的合成绝缘子端部密封试验可有效检验绝缘子金具与护套间的密封性能；
(3) 建议尽快将合成绝缘子端部密封试验加入国家或行业标准，以有效防止脆断等恶性线路事故的发生。
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