發(fā)布時(shí)間：2020-04-06 02:35

【摘要】：復(fù)合絕緣子以其較輕的質(zhì)量、良好的機(jī)械性能、優(yōu)異的憎水性等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于各電壓等級架空輸電線路中。由于其外絕緣材料硅橡膠暴露在外界環(huán)境,在絕緣子長期運(yùn)行過程中,隨著老化的發(fā)生對外界水汽的阻隔作用逐漸下降,嚴(yán)重的時(shí)候可能導(dǎo)致內(nèi)擊穿甚至斷串事故發(fā)生,給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的隱患,因此對硅橡膠絕緣子傘裙老化過程中微觀結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)行研究,并對老化狀態(tài)進(jìn)行定量化描述顯得尤為重要。本文首先基于顯微紅外技術(shù)發(fā)展出計(jì)算硅橡膠老化深度的方法,并探索測試的步驟、實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及數(shù)據(jù)處理方法。其次,利用顯微紅外技術(shù),結(jié)合熱重分析以及氣相色譜技術(shù),分別對500 kV、220 kV、110kV運(yùn)行硅橡膠絕緣子傘裙老化深度、表面有機(jī)硅化合物含量以及小分子含量進(jìn)行測量和分析,結(jié)合三者對運(yùn)行硅橡膠絕緣子傘裙的老化深度進(jìn)行相對定量化的描述。主要研究結(jié)論如下:(1)利用顯微紅外技術(shù)由表及里地測量甲基峰(2960 cm-1)峰面積的變化情況,可以計(jì)算硅橡膠傘裙的老化深度。硅橡膠樣品切片厚度為15μm,實(shí)驗(yàn)光斑取最大,光闌大小為50 μm×50μm,采用透射方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。線掃描的掃描深度為150 μm,步距為5 μm�？梢酝ㄟ^對擬合函數(shù)求二階導(dǎo)求出老化深度。面掃描的掃描深度為200 μm,橫向移動(dòng)150μm,步距為10μm,可以通過等高線對老化深度進(jìn)行劃定。(2)選取兩支500 kV運(yùn)行硅橡膠絕緣子,采用顯微紅外技術(shù)、熱分析技術(shù)測試了不同位置傘裙的老化深度及表面有機(jī)組分消耗情況。顯微紅外的結(jié)果表明,兩支復(fù)合絕緣子的平均老化深度隨傘裙位置都出現(xiàn)了類似倒鐘形的分布。低壓端的平均老化深度僅次于高壓端,中間段傘裙的平均老化深度最小。高壓端的傘裙表面老化極不均勻,同一傘裙測得最深為126 μm,最淺只有29 μm,而低壓端和中間段則相對均一。推測該結(jié)果主要影響因素是運(yùn)行過程中復(fù)合絕緣子不同位置處場強(qiáng)的密度分布及其引起的放電作用老化,而紫外輻照等其它環(huán)境因素居其次。熱分析實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高壓端的傘裙表層0～60 μm范圍內(nèi)有機(jī)硅化合物含量最低,表明高壓端傘裙表面有機(jī)物在運(yùn)行過程消耗最快,同時(shí)不同位置傘裙表面有機(jī)硅化合物消耗量與顯微紅外測得的老化深度表現(xiàn)出相同的分布規(guī)律。而氣相色譜實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,運(yùn)行絕緣子傘裙相比新出廠絕緣子,短鏈小分子被大量消耗。而對比不同位置的絕緣子傘裙小分子含量,可以發(fā)現(xiàn)高壓端傘裙小分子含量相對較低,說明老化比較嚴(yán)重,中間段和低壓端傘裙的小分子含量則相對較高,說明老化程度較高壓端輕微。(3)220 kV絕緣子高壓端老化深度最大,低壓端次之,中間段傘裙老化深度值最小。熱分析結(jié)果顯示220 kV傘裙高壓端PDMS含量消耗相對其他位置較多,低壓端和中間段的消耗量比較接近。小分子測試顯示,三個(gè)位置的樣品剩余的小分子含量比較接近,其中高壓端傘裙剩余小分子量最少,中間段傘裙剩余小分子含量相對較多。110 kV絕緣子低壓端傘裙老化最深,高壓端次之,中間段老化深度最小。熱分析結(jié)果顯示低壓端表面PDMS含量相對較少。而小分子含量測試同樣顯示低壓端傘裙剩余小分子比較少,說明低壓端是110 kV運(yùn)行絕緣子傘裙老化最嚴(yán)重的部位。通過比較不同電壓等級下的傘裙老化深度,發(fā)現(xiàn)隨著電壓等級的下降,高壓端傘裙的老化深度出現(xiàn)明顯下降,中間段傘裙的老化深度則出現(xiàn)小幅度的上升。低壓端傘裙老化深度隨著電壓等級的下降變化相對不明顯。
【圖文】：

硅橡膠逡逑圖２－１顯微紅外測試樣品取樣及切片示意圖逡逑圖２－１為顯微紅外測試樣品取樣及切片示意圖。首先實(shí)驗(yàn)的絕緣子傘裙上進(jìn)逡逑行取樣，樣品底部大小約１０Ｘ３邋ｍｍ２，厚度為３－５邋ｍｍ。將樣塊切成梯形以區(qū)分逡逑上下表面，其中梯形短邊對應(yīng)上表面，梯形長邊則對應(yīng)下表面。逡逑由于需要測量由表及里測量，需要用刀片沿垂直上表面方向?qū)⒐柘鹉z樣塊切逡逑成薄片，因此利用冷凍切片機(jī)對樣塊進(jìn)行切片處理。先將樣塊平放在冷臺上，用逡逑水將樣塊完全包裹，并將冷臺降溫使水結(jié)冰以固定樣塊。由于溫度對硅橡膠彈性逡逑影響比較大，溫度太低硅橡膠硬度太大，切出樣品偏碎，溫度太高則硅橡膠彈性逡逑太好，切片過程薄片容易發(fā)生撕扯導(dǎo)致破碎。經(jīng)過摸索發(fā)現(xiàn)溫度在－２０°Ｃ比較適逡逑合。待樣塊被冰固定在冷臺后

為硅橡膠分別顯微紅外方法及ＡＴＲ方法下測得的紅外微紅外測量結(jié)果中位于３２００－３５００邋ｃｎｒ１與－ＯＨ相關(guān)的ｒ１為Ｓｉ－０－Ｓｉ伸縮振動(dòng)峰變形嚴(yán)重。這是由于Ｓｉ－０－Ｓｉ及顯微紅外透射模式測量下被樣品大量吸收，透過樣品本為０，因此根據(jù)透過率轉(zhuǎn)化成的吸收極大，失去了與此同時(shí)原來在ＡＴＲ圖譜中相對不明顯的－ＣＨ３對應(yīng)紅外圖譜變得尖銳明顯。－ＣＨ３作為硅橡膠的側(cè)鏈，將強(qiáng)包裹在分子內(nèi)側(cè)，是硅橡膠具有憎水性的重要原因。在先受到影響發(fā)生斷裂，導(dǎo)致硅橡膠主鏈的破壞以及憎對硅橡膠老化比較敏感，而且對硅橡膠性能影響頗大，衡量的指標(biāo)。我們選擇位于對應(yīng)甲基Ｃ－Ｈ伸縮振動(dòng)的膠老化的指標(biāo)，對其進(jìn)行由表及里的測量和比較，并以準(zhǔn)。逡逑計(jì)算逡逑，
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM216

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2615880