《±800kV特高壓直流合成絕緣子》是中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心、東莞市高能實業有限公司於2006年1月17日申請的發明專利，該專利申請號為200610032895，公布號為CN1925067A，專利公布日為2007年3月7日，發明人是趙傑、李立浧、饒宏、梁曦東、羅兵、張德進、黃梓容、謝從珍、劉鐵橋、趙天任。
該發明涉及絕緣子技術領域，特指±800千伏特高壓直流合成絕緣子，該發明的傘裙護套是選用以110-2甲基乙烯基矽橡膠為基體，添加補強劑氣相法白炭黑，添加阻燃劑氫氧化鋁微粉，添加適量助劑和硫化劑，經混煉，用整體注射工藝在模具中高溫高壓下使矽橡膠硫化成型為傘裙護套，傘裙護套是包覆於芯棒表面的，傘型為一大兩小，且連續分布，再配合具有球頭、球窩結構的金具組合為一完整絕緣子。該發明的絕緣子工作於±800千伏特高壓直流輸電線路上，非常安全可靠，且其污閃性能、污穢耐受性能好，重量輕，尺寸小，運行基本免維護，電暈小，電磁干擾小。
2010年11月15日，《±800kV特高壓直流合成絕緣子》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。
（概述圖為《±800kV特高壓直流合成絕緣子》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：±800kV特高壓直流合成絕緣子
- 公布號：CN1925067A
- 公布日：2007年3月7日
- 申請號：200610032895
- 申請日：2006年1月17日
- 申請人：中國南方電網有限責任公司電網技術研究中心、東莞市高能實業有限公司
- 地址：廣東省廣州市珠江新城華穗路6號40號房
- 發明人：趙傑、李立浧、饒宏、梁曦東、羅兵、張德進、黃梓容、謝從珍、劉鐵橋、趙天任
- 代理機構：東莞市華南專利事務所有限公司
- 代理人：張明
- Int.Cl.：H01B17/00（2006.01）I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
絕緣子有瓷絕緣子、鋼化玻璃絕緣子、矽橡膠合成絕緣子，瓷絕緣子歷史悠久，機械、電氣性能均滿足各級電壓的要求，因此，在交、直流輸電系統中得到了廣泛的套用。但是，隨著大氣污染日益加重，特別是直流系統的污穢更加嚴重，瓷絕緣子在污穢和潮濕條件下性能迅速下降的弱點也逐漸暴露出來，線路污閃事故時有發生。為此，人們對瓷絕緣子外形進行了改進，設計出鐘罩型、雙傘型，三傘型等防污產品，但這些產品的套用效果都不太理想，運行中需要逐漸增加串長，在重冰區性能下降較大，同時，需要定期清掃和零值檢測等大量維護工作。
鋼化玻璃絕緣子已大量用於各電壓等級的線路上，其主要優勢是機械強度高、零值自暴減少了運行工作量、耐電弧性能較好、老化過程較瓷質更慢。其不足為自暴率較高、易受外力打擊破壞和散落的玻璃碎片影響耕作。
矽橡膠合成絕緣子由於污閃性能好，重量輕，尺寸小，價格便宜，運行基本免維護，電暈小，電磁干擾小等優點，2006年1月之前在全球得到了大量的使用，積累了豐富的成功運行經驗，特別是在解決直流污穢問題上發揮了不可替代的作用。
另外採用瓷絕緣子或玻璃絕緣子，其串長過長，重量過重，從而使塔身重量和塔頭尺寸增加，增加了工程的造價，同時，絕緣子串過長還會導 致風偏過大，測零值及清掃等運行維護工作量劇增等問題。而採用合成絕緣子則可以很好地解決上述問題，但是，從2006年1月之前全球已投運的±500千伏和±600千伏超高壓直流輸電系統的外絕緣實際運行情況來看，大都不理想，污穢導致的外絕緣事故比初期設計時高出很多，有些在建成投運不久，就需要採取大量的後續調爬和其他的補救措施。
而2006年1月之前正在建設的±800千伏雲廣特高壓直流輸電工程，其面對的外絕緣條件更加複雜和惡劣，首先，工作電壓更高，最高運行電壓達到±824千伏；其次，線路走廊的環境更加複雜、惡劣，高海拔、污穢、覆冰等不利條件同時存在，對線路絕緣子提出了更高的要求。
發明內容
專利目的
《±800kV特高壓直流合成絕緣子》的目的在於針對2006年1月之前技術的不足提供一種滿足±800千伏直流輸電線路各項電氣性能需求的±800千伏特高壓直流合成絕緣子。
技術方案
為實現上述目的，該發明是通過以下技術方案實現的：所述的傘裙護套是以110-2甲基乙烯基矽橡膠為基體，添加補強劑氣相法白炭黑、阻燃劑氫氧化鋁微粉、適量助劑和硫化劑，其配方如下：
序號原材料名稱重量配比：
（1）甲基乙烯基矽橡膠110-295～105
（2）氣相法白炭黑33.25～36.75
（3）氫氧化鋁微粉118.75～131.25
（4）蘭色母膠1508#0.0665～0.735
（5）黑色母膠1800#0.608～0.672
（6）二氧化鋅4.9～5.1
（7）A-1510.95～1.05
（8）羥基矽油4.75～5.25
（9）含H矽油0.95～1.05
（10）甲基矽油2019.5～10.5
（11）三乙醇胺0.8455～0.9345
（12）DCP1.0545～1.1655
所述的矽橡膠為乙烯基含量不同的幾種矽橡膠的組合，分子量為60萬矽橡膠，乙烯基含量為0.2。
所述的氫氧化鋁微粉的細度為2000目，氫氧化鋁的顆粒表面噴灑有矽油偶聯劑。
所述的傘裙護套的傘形結構為一大兩小連續分布。
所述的金具端部成型於傘裙護套內，金具的連線端部為球窩、球頭結構。
所述的金具上設有一大一小兩個均壓環，均壓環為圓環形結構。
所述的金具端部設有犧牲電極，犧牲電極為純鋅環。
所述的低壓端均壓環為圓盤形。
該發明的傘裙護套是選用以110-2甲基乙烯基矽橡膠為基體，添加補強劑氣相法白炭黑，添加阻燃劑氫氧化鋁微粉，添加適量助劑和硫化劑，經混煉，用整體注射工藝在模具中高溫高壓下使矽橡膠硫化成型為傘裙護套。按GB6553-86評定在嚴酷環境條件下使用的電氣絕緣材料耐漏電起痕性和耐電蝕損的試驗方法》；GB/T1602-1992《硫化橡膠絕緣電阻率的測定方法》；GB/T1693-1992《硫化橡膠工頻介質損耗角正切值的測定方法》；DL/T810-2002《±800千伏直流棒型懸式複合絕緣子技術條件》等標準進行包括撕裂，扯斷，直流擊穿強度，憎水性，耐漏電起痕等項目性能測試，其機、電綜合性能的數值均應達到或超過相應標準值。合成絕緣子的傘裙護套是包覆於芯棒表面的，傘裙護套為一大兩小，且連續分布，再配合有球頭金具、大小圓環形均壓環，，小環保護端部密封，大環降低端部電場強度，保護絕緣子不被電場老化，同時亦保護絕緣子不被污穢、雨水等浸蝕，防鳥害防冰雪；傘裙護套為空氣動力學傘形設計，其自潔能力強，能夠在非常惡劣的工作環境下 正常工作，如覆冰、高海拔、嚴重污穢等惡劣環境下。
改善效果
《±800kV特高壓直流合成絕緣子》的合成絕緣子工作於±800千伏特高壓直流輸電線上，安全可靠，且其污閃性能、污穢耐受性能好，重量輕，尺寸小，運行免維護，電暈小，電磁干擾小。
附圖說明
附圖1為《±800kV特高壓直流合成絕緣子》實施例1的結構示意圖。
附圖2為±800千伏特高壓直流合成絕緣子實施例2的結構示意圖。
附圖3為空氣動力學傘形設計的結構示意圖。
權利要求
1、《±800kV特高壓直流合成絕緣子》合成絕緣子（1）包括芯棒（15）、金具（2、3）、均壓環（25）、（26）和（27）、傘裙護套（30），傘裙護套（30）包覆於芯棒（15）表面，傘裙護套（30）與金具（2、3）連線，金具（2、3）上分別安裝有均壓環（25）和（26、27），其特徵在於：所述的傘裙護套（30）是以110-2甲基乙烯基矽橡膠為基體，添加補強劑氣相法白炭黑、阻燃劑氫氧化鋁微粉、適量助劑和硫化劑，其配方如下：
序號原材料名稱重量配比
（1）甲基乙烯基矽橡膠110-295～105
（2）氣相法白炭黑33.25～36.75
（3）氫氧化鋁微粉118.75～131.25
（4）蘭色母膠1508#0.0665～0.735
（5）黑色母膠1800#0.608～0.672
（6）二氧化鋅4.9～5.1
（7）A-1510.95～1.05
（8）羥基矽油4.75～5.25
（9）含H矽油0.95～1.05
（10）甲基矽油2019.5～10.5
（11）三乙醇胺0.8455～0.9345
（12）DCP1.0545～1.1655
2、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的矽橡膠為乙烯基含量不同的幾種矽橡膠的組合，分子量為60萬矽橡膠，乙烯基含量為0.2。
3、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的氫氧化鋁微粉的細度為2000目，氫氧化鋁的顆粒表面噴灑有矽油偶聯 劑。
4、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的傘裙護套（30）的傘形結構為一大兩小連續分布。
5、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的金具（2、3）端部成型於傘裙護套（30）內，金具（2、3）的連線端部為球窩（10）、球頭（11）結構。
6、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的高壓端金具（3）上設有一大一小兩個均壓環（26）和（27），均壓環（26）和（27）為圓環形結構。
7、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的金具（2）和（3）端部設有犧牲電極（20），犧牲電極（20）為純鋅環。
8、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的合成絕緣子（1）由兩段串聯而成，。
9、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的合成絕緣子在1000米海拔以下地區、0.05毫克/平方厘米的鹽密條件下，爬電距離取35毫米/千伏，爬電距離不小於30000毫米，安裝高度為8700毫米。
10、根據權利要求1所述的±800千伏特高壓直流合成絕緣子，其特徵在於：所述的低壓端均壓環（25）為圓盤形。
實施方式
實施例見附圖1、2，所述的傘裙護套30是以110-2甲基乙烯基矽橡膠為基體，添加補強劑氣相法白炭黑、阻燃劑氫氧化鋁微粉、適量助劑和硫化劑，其較佳的配方如下：
序號原材料名稱重量配比
（1）甲基乙烯基矽橡膠110-2100
（2）氣相法白炭黑35
（3）氫氧化鋁微粉125
（4）蘭色母膠1508#0.07
（5）黑色母膠1800#0.64
（6）二氧化鋅5
（7）A-1511
（8）羥基矽油5
（9）含H矽油1
（10）甲基矽油20110
（11）三乙醇胺0.89
（12）DCP1.11
其中，矽橡膠為乙烯基含量不同的幾種矽橡膠組合使用，分子量為60萬矽橡膠，乙烯基含量為0.20左右，以提高膠料機械性能和老化性能。
對添加的白炭黑進行表面預處理，在白炭黑顆粒表面噴灑矽油偶聯劑， 提高矽橡膠傘裙護套的加工性能和憎水性，對白炭黑的添加量最佳化為矽橡膠的35％，
對氫氧化鋁微粉進行細化，細化為2000目，並對其進行表面預處理，在氫氧化鋁顆粒表面噴灑矽油偶聯劑，由於細化提高了阻燃效果，由於表面預處理使氫氧化鋁微粉表面從親水性轉為憎水性，在兼顧耐漏電起痕性能和憎水性情況下，把氫氧化鋁微粉填充量最佳化為矽橡膠的125％。
採用先進的密煉-捏合-真空煉膠工藝製作高性能矽橡膠，各種粉料在密煉機中分批加壓混合，在捏合機中集中混煉，用抽真空方式，排除低分子物質，經停放再返煉，再經停放後再加硫，然後提供給注射機注射成型，這種煉膠工藝生產的膠，具有很好的機械性能，不粘模，使產品具有完好的外觀
傘裙護套30是密封在注射機模具中整體注射成型，模具分上下兩半，按照設計的傘型加工製造，模具中還安裝有芯棒15偏心定位裝置，保證護套偏芯可控制在0.5毫米範圍內，上下模具各有三點控制溫度，模具溫度控制在150±2度範圍內，每次注射硫化時間根據芯棒15粗細和護套30厚度定在10-14分鐘。
合成絕緣子1在生產前，先將芯棒15整體打磨，預裝金具2，預壓接，芯棒15表面均勻塗偶聯劑AP-133，塗偶聯劑後要預烘15分鐘就可放入模具注射矽橡膠傘裙護套30和密封，其注射工藝是採用整體注射工藝。
用上述膠料生產了試品，在瑞典STRI高電壓試驗室進行了全電壓污穢耐受試驗，項性能測試結果都表明使用上述膠料所製造的絕緣子性能優良。
所述的傘裙護套30為空氣動力學的傘形結構設計，採用此結構的設計，傘裙護套上積塵少，且利用自然風容易將其上的積污清掉，自潔能力強，該發明的傘裙護套30的傘形結構為一大兩小連續分布，可以更好地提高其自潔 性能：如設計傘間距和傘伸出之比H/L≥1，對絕緣子自潔性能很重要，亦保證總爬電距離有效；設計大、小傘伸差A-B≥15毫米，避免在降雨時大小傘間橋接；傘上表面的傾斜角對其自潔性能起重要的作用，因此須使其傾斜角≥5°，該發明取其傾斜角為7.5°，其使其具有良好的自潔性能；加大傘裙護套30的傘間距、占空比（S□-Sw）/S□亦能提高其自潔能力、減少積污、減少傘裙下表面局部放電。
所述的金具2的連線端，其設計為排水型球窩10、球頭11結構，球窩10、球頭11結構可保證雨水順暢地沿其外表面流走，在金具2上不會留下積水縫。
另外金具2、3端部採用高溫硫化矽橡膠整體注射包膠密封，極大提高合成絕緣子1的金具2、3端部密封可靠性，同時由於金具2、3端部被絕緣的矽橡膠包裹，使金具2、3端部無電暈產生，延長金具2、3端部密封矽橡膠的老化壽命。
金具2、3端部還設有犧牲電極20，犧牲電極20為純鋅環。大量的運行實踐表明：在特高壓直流電壓±500千伏下，矽橡膠複合絕緣子在表面泄漏電流作用下，在端部金具2、3和護套30密封膠之間，即金屬和矽膠結合處會發生電化學腐蝕。端部金具2、3處於正極，造成結合處的金屬材料在電解作用下受到腐蝕。當泄漏電流由於矽橡膠表面憎水性因某些因素減弱而增大時，這種電化學腐蝕會加劇。導致端部密封失效，使水汽滲透進入金具2內腔，浸蝕芯棒15。嚴重時會導致絕緣子1的機械承載能力下降，甚至發生脆斷等惡性事故。該發明採用金屬陽極保護層的方法，即在金具2、3本體材料表面 熱鍍鋅防腐技術，不管金具2、3在何部位發生電化學腐蝕現象，受腐蝕的永遠是作為陽極的鋅金屬鍍層。也就是說只要有足夠厚的鋅層作為金具主體材料的保護層，可確保在使用期內金具的機械承載能力不受電化腐蝕的影響。針對在±800千伏直流電壓下，尤其在端部金具2、3和護套30密封膠之間，易發生電化腐蝕現象，有針對性採用加厚鋅金屬保護層的結構，即鑲嵌純鋅環20。
鋅環的重量計算如下；
W＝I×T×Z
其中W：表示被電化腐蝕的金屬重量，單位克；
I：表示產生電化腐蝕的年電荷量
單位：A×h/years（安培×小時/年）
T：表示電流持續時間，單位：年數
Z金屬的電化當量，單位：g/A×h克/安培×小時。
計算值取：I＝0.5A×h/years；
T＝50years；
Z＝1.2195g/A×h
設計時考慮到電化腐蝕主要發生在端部金具鋅層和護套密封膠之間環狀接觸面中，該處的鋅層厚度必須在50年使用期內電化腐蝕不超過鋅環厚度的一半，則相當於50年電化腐蝕下，失去純鋅的重量
W＝0.5×50×1.2195＝30.488克。
因此確定鋅環質量為100g左右，純度為不小於99.8％的純鋅.從而可確保在50年的使用期內不因電化腐蝕使端部密封失效，導致機械承載能力受影響。
所述的高壓端金具3上設有一大一小兩個均壓環26、27，均壓環26、27 為圓環形結構。在其高壓端導線端採用引流式大小雙均壓環設計，用大均壓環27降低端部電場強度，用小均壓環26保護端部密封，其中，均壓環27的主要作用是使金具3端部電場強度儘可能降低，因此，均壓環27採用封閉大圓環，採用大口徑的鋁管制作均壓環，以增大其曲率半徑，均壓環表面光滑，減少高壓端電暈干擾，增大均壓效果；
小均壓環26採用小鋁管制作，緊靠在護套矽橡膠上，用來禁止矽橡膠密封，使密封矽橡膠不被電場加速老化。
特高壓直流合成絕緣子低壓端鐵塔端均壓環25設計成封閉式，用鋁板把低壓端鐵塔端圓管均壓環焊接成封閉的圓盤，安裝在直流合成絕緣子的頂部，可防鳥類啄咬絕緣子頂部的矽橡膠，也可防冰雪。
所述的合成絕緣子在1000米海拔以下地區、0.05毫克/平方厘米的鹽密條件下，爬電距離取35毫米/千伏，爬電距離不小於30000毫米，安裝高度為8700毫米，這在國內外都是第一次，有效降低鐵塔高度，降低總成本。
長產品在長途運輸中比較困難，而圖2所示的合成絕緣子1設計為兩段，將長達10米的特高壓直流合成直流絕緣子1設計為兩段，便於長途運輸，尤其是在高山峻岭中運輸和搬運更加方便，將合成絕緣子1分成兩段設計經實驗證明，符合在特高壓直流電壓±800千伏下對絕緣子各項電氣參數的要求，能長期穩定工作，基本免維護。
榮譽表彰
2010年11月15日，《±800kV特高壓直流合成絕緣子》獲得第十二屆中國專利獎優秀獎。
