文档介绍：基于表面放电特性的硅橡胶老化状态评估
及纳米改性

Aging Evaluation and Nano Modification of
Silicone Rubber Insulators

学科专业:电气工程
研究生:李云鹏
指导教师:杜伯学教授

天津大学电气与自动化工程学院
二零一二年十二月
独创性声明

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摘要

硅橡胶复合绝缘子凭借其良好的机械和绝缘性能,被广泛应用在特高压输电
线路中,是保证输电线路结构稳定、正常运行的重要组成部分。特高压输电线路
电压等级高,电场强度大,导线表面存在微小尖刺,导致线路中电晕现象频发。
此外绝缘子运行环境中常有潮湿、灰尘和雨水等天气,长期运行下难免出现污闪、
湿闪等现象。这些因素都将对绝缘子表面状态造成影响,加速其老化,最终导致
故障发生。
本文从硅橡胶复合绝缘子材料受到电晕作用的影响,表面憎水性评估方法和
导热性对其耐侵蚀能力的影响等几个方面,通过直流电晕实验对硅橡胶试样注入
电荷或电晕老化,通过静态液滴实验、动态液滴实验、直流斜面实验,对表面电
荷影响、声信号特征和热侵蚀等现象进行了研究,并制备硅橡胶/纳米 SiO2 颗粒
混合材料、硅橡胶/纳米 BN 颗粒混合材料,分别研究了纳米颗粒质量分数对表
面电荷和耐侵蚀能力影响的趋势。主要研究工作和结论如下:
1、采用“多针-板”电极电晕装置,通过短时间电晕处理使试样表面和液滴带
有电荷,通过静态液滴实验,研究了电荷密度对试样表面静态接触角和电场分布
的影响;制作含有不同质量分数纳米 SiO2 颗粒的试样,研究了纳米颗粒质量分
数对电荷密度、静态接触角、闪络电压的影响。研究发现,随 SiO2 颗粒质量分
数增加,混合材料表面电荷密度增加,电荷密度增加使静态接触角减小,表面电
荷密度和静态接触角共同影响闪络电压。
2、采用“多针-板”电极电晕装置,对试样表面进行老化,再通过静态液滴实
验和动态液滴实验,获取试样表面放电时的声波信号,研究了放电产生的声波信
号特征量与试样表面憎水性的关系。研究发现,声波脉冲数、幅值极差、信号变
化率和信号能量,都随着憎水性变化表现明显的趋势,不同憎水性水平的试样表
面放电发出声波波形数据偏斜度、陡峭度和威布尔分布β参数也在不同的范围。
3、按照 IEC60587 标准要求,采用直流斜面实验,对添加不同质量分数高导
热纳米 BN 颗粒的硅橡胶混合材料试样耐侵蚀能力进行了研究。研究了添加导热
纳米 BN 颗粒的质量分数对混合材料试样表面温度分布情况、侵蚀深度、侵蚀失
重和其他性质的影响。研究发现随着添加 BN 颗粒增加,温度分布更加均匀、侵
蚀深度减小、侵蚀失重减少,对试样表面静态接触角、表面电阻和闪络电压影响
很小。

关键词: 复合绝缘子纳米复合材料表面电荷憎水性评估导热耐侵蚀能力
ABSTRACT
Silicone rubber insulator has been widely used in UHV transmission line for its
advantage in mechanical and insulation performance. Its state is a mainly element for
the stability and the reliable operation of power systems. For the high voltage and the
strong electric field, the corona discha