懸式復合絕緣子工藝性和可靠性

隨著近十幾年來國家加大電力線路建設和改造，各種絕緣子的用量越來越多，特別是懸式復合絕緣子的用量快速增長，在我國掛網運行的復合絕緣子約有300萬支。懸式復合絕緣子與瓷，玻璃絕緣子相比，具有結構緊湊，強度高，重量輕，彈性好，不易破碎，不易受人為破壞，優異的憎水性，不用清掃，泄漏距離長，不測零值，少維護，安裝運輸方便等優點。世界各地都已廣泛應用。但如果沒有通過科學設計和完善生產工藝作保證，投入運行的絕緣子容易出現質量問題，甚至導致嚴重的事故。

1.傘裙和護套成型工藝

目前國內外生產懸式復合絕緣子的工藝主要有：整體擠包護套穿傘，整體模壓和整體注射成型三種。

整體擠包護套穿傘生產成本低，組織生產方便，冷縮電纜終端易滿足多規格，數量少的客戶要求。但其傘裙與護套之間采用室溫硫化膠人工粘接，易出現界面氣泡，粘接不牢，擊穿等機械電氣性能質量問題，以及室溫硫化膠相對高溫硫化膠易老化等無法解決的問題，屬于比較落后的生產工藝。整體模壓投入生產設備簡易，價格低廉。但由于固態硅橡膠的流動差，尤其在室溫下，流動性能很不好，很難填充滿較大傘裙或較復雜結構的模腔，易造成表面缺陷較多，以及不可避免的芯棒偏心和損傷問題，影響掛網運行后的產品質量。

整體注射成型，是公認的自動化程度高，效率高，質量穩定，國內外專家都認為是最先進的硫化工藝，是第三代復合絕緣子。傘裙和護套是用同一材料一次成型，沒有穿傘擠包工藝的不同材料界面問題；硅橡膠在射入模腔前采取較高溫度塑化措施，提高了硅橡膠注射時的流動性，在注射模具具有較大的注射壓力下注入模腔，從而解決模壓成型存在的局部缺膠問題。但是如果沒有完善工藝和有效的管理作保證，生產出來的產品也易出質量問題。

用注射成型工藝生產存在常見問題和解決方法：

芯棒偏心和損傷問題。高溫高壓的硅橡膠從芯棒一邊注入模腔，易造成芯棒的偏心，護套的兩邊厚薄不均勻，嚴重情況是芯棒沒有得到保護，長期運行后造成芯棒脆斷，可能出現惡性事故。此問題可以通過二個方面來解決，一是提高硅橡膠的流動性，采用液態硅橡膠代替固態膠，可以非常容易解決。其次，在模具設計時采用多處定位和合理提高固態膠流動性的方法來解決，能確保偏差在0.2mm范圍之內，和不損傷芯棒，其性能完全能達到或超過用其它工藝生產的產品。

脫模難的問題，由于高壓懸式復合絕緣子多傘裙的特點，歐式電纜接頭決定了整體成型時硅橡膠與模具的接觸面很大，易出現脫模困難的問題，如果很難脫模，就會操作芯棒粘模開裂，缺膠影響外觀，成品率低，可靠性明顯下降。此問題解決辦法：一是硅橡膠配方作調整，適當提高脫模材料的比例。二是模具型腔材料選擇進口鋼材，并提高拋光的光潔度，提高模具的加工工藝，或內腔電鍍鉻處理。

分段成型溫差損傷芯棒的問題。目前國內有幾個廠家已做到220kV及以下的產品一次注射成型，不需要分段成型，而500kV以上絕緣子都采用分段成型工藝，由于硅橡膠硫化溫度一般在170℃左右，芯棒在模腔溫度與在室內的溫度達150℃左右，接駁處加以不同的功率加熱器進行分段加熱的方式，消除溫度劇變造成溫度應力過于集中的問題。通過此方法改進后，從未發現因溫度應力對芯棒損害的問題。

2.芯棒與金具聯接工藝

芯棒與金具的聯接方式目前國內外主要采用三種方式：粘接式，楔接式和壓接式。粘接式由于存在粘接劑老化問題，低溫脆變和效率低，粘接效果受人為因素影響大等不足已較少采用；楔接式分為內楔和外楔，內楔會破壞芯棒的完整，降低芯棒和機械強度，有少量廠家采用，外楔因連接強度不穩定及工藝復雜，掉線率高，已很少采用；壓接式如果采用完善的工藝控制，將會大大提高生產效率和產品質量，目前國內外大部分廠家采用壓接方式，下面就壓接工藝與質量關系作些探討。

通過壓接使絕緣子金具產生塑性變形而壓緊芯棒產生強大的摩擦力，獲得要求的抗拉強度。最佳的壓接結果應該是在壓接力作用下，金具充分變形與芯棒完全密貼而不過度變形將脆性芯棒壓脆，并且使金具的變形抗力達到最大。要達到此效果是極為困難的，不但要復雜的彈塑性能計算還要考慮各種外界因素，一般采用經驗和大量試驗的辦法解決。

目前壓接方式主要有三種控制方法：

一種是模具單方向運動方式，壓接模具只有上，下二塊，通過油壓裝置，推動模具單方向往上或下移動將金具擠壓塑性變形達到壓接效果。由于金具、芯棒、機臺和模具本身都有一定的加工公差、金具塑性變形不均勻以及壓接速度太快，并且是否過壓無法判別，壓接質量不穩定，方法只限于少量廠家采用并用于電壓等級較低，機械強度不高的產品上。

第二種是通過八個徑向均勻分布的模具在油缸作用下產生恒定壓力，對金具進行壓接力量控制，并且壓接過程用聲發射監控系統對芯棒質量進行監控的方法。此方法比第一種方法壓接效果有質的提高，但也存在美中不足的問題：一是模具與油缸配合后同心度和同步是無法做到很精密的，二是金具每批或同一批材料不完全一樣，球頭球窩材料也不同，避雷器廠家并且熱處理過程也存在一定的差異，造成每只金具硬度不同，所需壓接力量也不相同。這二個問題的存在最終導致壓接效果不穩定的弊端。

第三種是八個徑向模具均勻分布，并且通過一次性加工的增力錐套配合進行柔性壓接的壓接量控制，壓接過程同時配合聲發射監控系統對芯棒質量進行監控的方法，此方案解決了：一是塑性金具與脆性芯棒壓接并且變形量只有0.2～0.5mm，如果壓接速度過快會損傷芯棒，加大金具反彈，使金具與芯棒不能緊密結合，壓接強度降低的問題，本方案采用3～5秒緩慢而持續的壓接和0～9秒保壓的柔性壓接方法，不僅大大降低芯棒壓接損傷的機率而且提高金具與芯棒的壓接強度。二是金具和芯棒存在加工偏差，每批或同批零件都存在尺寸配合松緊不同的問題，可以在壓接時設定預緊壓力，壓接量測定前就將金具與芯棒間隙消除，保證每個產品都是相同壓接效果，三是壓接的同步性和同心度問題。加工模塊時，先加工好內、外圓、長度，安裝孔等后再平均切割為八個模塊，而增力錐套也是一次性加工的錐面，二者配合沒有太多的累積公差的問題，保證整體的同心度和同步性。

3.端部密封工藝

絕緣子芯棒的脆斷會造成導線落地的最嚴重的事故。如果芯棒沒有做到有效的保護，潮氣及腐蝕性氣體侵入是引起芯棒脆斷最重要因素之一。而端部的電場強度復雜，是最需要重點防護的地方。目前端部密封各個廠家主要用常溫硫化膠密封；套入成形密封圈后用常溫硫化膠密封；用高溫硫化膠一次整體密封三種方法。常溫硫化硅橡膠性能與高溫注射的硅橡膠不同，其機械性能，耐電蝕，耐老化性能遠比高溫硫化硅橡膠差，在高電壓的戶外運行下，產品常受電氣，機械和戶外陽光，雨水沖擊，長期運行后可能出現端部密封劣化和潮氣入侵，芯棒難以得到應有的保護。而高溫硅橡膠上的密封是將硅橡膠經注射機高溫高壓注射，在模具中與護套整體硫化成型，密封膠充分填充金具與芯棒間的所有間隙；并與金具緊密粘接，徹底根除了用室溫膠密封的界面氣泡，粘接不牢、人為問題缺陷和隱患，極大提高了端部密封的可靠性。

綜合上述，懸式復合絕緣子外套采用整體注射一次成型，金具聯接采用具有柔性壓接配聲波擦傷儀和端部密封采用高溫硅橡膠一次整體密封的生產工藝是保證產品長期運行的最佳而有效辦法。

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