（中国南方电网超高压输电公司百色局）
摘要：硅橡胶复合绝缘子具有机械强度高、重量轻、维护费用低、安装容易、防污性能好，能够在极端温度下保持绝缘及介电强度等优势，在我国电力行业获得了广泛应用。憎水性是衡量其电气性能的重要指标，紫外线及高电导率雾等因素都会影响其憎水性，本文对此进行了分析梳理。同时，硅橡胶材料的憎水性具有一定的迁移性特征，这也是硅橡胶复合绝缘子的独特优势所在，本文也对此进行了介绍。
关键词：复合绝缘子；憎水性；紫外线；高电导率雾
1.前言
我国的高压输电线路中，绝缘子材料可以划分为传统材料和新型材料两类，传统材料包括陶瓷及玻璃，新型材料包括半导体釉绝缘子、复合绝缘子等。其中复合绝缘子在上世纪70年代期间，由于表现出来的巨大优势而得到重视，逐渐在全世界范围内获得了广泛应用。硅橡胶是目前应用得比较多的一类复合绝缘材料，在我国，复合绝缘子的材料基本以硅橡胶为主。复合绝缘子的优势具体包括机械强度高、重量轻、维护费用低、安装容易、防污性能好，能够在极端温度下保持绝缘及介电强度等，往往被应用在相间间隔棒的表面、避雷器外壳、线路支柱串等位置。我国一般主要用在中等及严重污秽地区，以110-220kV的线路为主。
2.影响复合绝缘子憎水性的几点因素
对于复合绝缘子来说，憎水性也被叫做湿润性，可以理解为根据硅橡胶表面张力的差异表现出不同的性能。衡量硅橡胶材料电气性能很重要的一个指标就是憎水性，可以用一滴水来检测材料的亲水性，在不同固体平面表面滴上一滴水，如果水滴平铺成水膜或水层，则该材料属于亲水材料，如果缩成半球状或球状，则说明该材料憎水性较好。
虽然复合绝缘子优势明显，但也存在一定的不足。事实上，硅橡胶表面憎水性并非一成不变，会随着表面环境的变化暂时减弱或消失。主要是因为它采用的是有机材料硅橡胶，与玻璃和瓷等材料相比，硅橡胶里的各个元素主要通过共价键结合，元素间的力和键都比较弱，所以大分子较易发生断裂，这也是硅橡胶材料比无机材料易老化的原因。一般来说，主要是以下几方面的因素导致了复合绝缘子的老化。
2.1紫外线
根据研究，当人们使用UV-A、UV-B、UV-C的紫外光源去模拟不同类型大气紫外线的辐射环境，并对复合绝缘子进行5000小时紫外线辐射后，结果显示，硅橡胶试样出现了柔顺性降低、硬度变硬、憎水性部分丧失、表面的静态接触角下降等变化[1]。
紫外线导致硅橡胶老化的机理如下：硅橡胶生胶主要是甲基乙烯基硅橡胶，氧原子与硅原子交替组合成主链，侧链则由对称的甲基组成，其中引入了少量的活性乙烯基来提供交联点。甲基官能团接于硅原子上，是弱极性基团，分布于Si-O键旁，分子的表面展示出弱极性低能面，并把强极性水滴留在表面，因而表现出憎水性。当用于电气外绝缘上时，则会呈现不连续水珠，这也是硅橡胶绝缘性能优异的原因，当受到紫外线影响时则会发生不同程度的变化。紫外线具有314-419kJ/mol的能量，原本无法切断Si-O键，因为Si-O键的键能为447kJ/mol，不过C-H键键能只有301kJ/mol，所以当紫外线辐射硅橡胶时，因为对硅橡胶表面甲基基团的消耗，而削弱了甲基对Si-O主链原有的屏蔽性，因此导致憎水性降低。此外，通过化学反应生成的羰基C=O之类的亲水性基团也使硅橡胶的憎水性进一步下降。
2.2高电导率雾
目前，有研究认为，处于临海地区的线路，其复合绝缘子表面的憎水性一般来说下降都比较严重，尤其伞裙的下表面，很难被雨水冲洗，喷水分级处于HC3-HC4之间。事实上，高电导率雾将会导致绝缘子表面出现严重污染。经过人工模拟实验后，结果显示，在电导率2000μS/cm雾水中，XP-160绝缘子在受雾6到10小时的情况下，盐密值将增加0.03-0.04mg/cm2。目前，高电导雾有两大主要来源：一是工农业生产带来的人工污染源。上世纪九十年代初，对重庆地区的冬季雾物化特征的研究表明，雾水电导率能够达到最高1600μS/cm的水平[2]。再以2005年的广州地区为例，春季污染雾水电导率平均值为3826μS/cm；二是海水等一些自然污染源。对沿海某地春季海雾特性的分析研究表明，雾水电导率变化范围在229μS/cm-6190μS/cm之间。高电导率雾内包含多种离子，海雾中的钠离子和氯离子的含量要远远超过其他离子，与此同时，内陆地区高电导率雾里的钠离子和氯离子也占有较高比例。
进一步实验表明，染污后的硅橡胶试片处于高电导率雾中，并受潮后，将会导致污层导电物质不断累积，造成其表面憎水性不断降低。在雾流量大小与受潮时间长短这两个参数不变的情况下，雾水电导率越高，试片憎水性下降幅度就越大；另外，高电导率雾的环境中，硅橡胶污层憎水性下降后不易恢复。同时，盐灰比值将在高电导率雾作用下提升，且其增加幅度与试片憎水性恢复的难易程度成正比；污秽成分的吸潮能力与污层憎水性下降幅度成正比。如高岭土在吸水能力方面优于硅藻土，所以高岭土染污后的试片就比硅藻土染污的试片憎水性降幅更大，恢复更困难；因高电导率雾使污层电导率提升、憎水性降低后，污层受潮速度将显著提升，染污硅橡胶受潮期间，其泄漏电流的幅值明显提升，外绝缘性能显著下降。综上，高电导率雾于复合绝缘子的绝缘性能而言存在较大威胁。
除了紫外线、高电导率雾外，湿度、酸雨、温度、电晕放电、干燥带电弧放电等多种因素都会对硅橡胶材料憎水性产生影响。
3.复合绝缘子憎水性恢复机理
复合绝缘子的憎水性存在恢复的可能，一般认为是LMW扩散所致。LMW有两个来源：一是复合绝缘子发生硬化时会产生大量LMW；二是由于表面放电的影响，聚合物中长链发生断裂，形成许多小分子量碎片，也会产生很多LMW，人们也把这个过程称为LMW再生。不过对于复合绝缘子来说，LMW再生量很有限。因为LMW分子比较小，因此受到的约束也比较小，因而可以扩散到聚合物的内部及表面。实验表明，高流动性的LMW由环状或线性的由五至六个单元组合成的硅氧链所组成，LMW能够迁移至复合绝缘子表面，进而扩散至污秽层的内部，这就导致污秽层也就拥有了憎水性，不过表面污秽为均匀固体岩层时例外。此外，恢复憎水性也需要一定时间，如果不能在一定时间内完成，就可能永久丧失。一般来说，刚刚被污染的复合绝缘子憎水性还没有恢复，因此污闪电压较低。一段时间过后，憎水性迁移导致表面的固体污秽也具有一定憎水性，所以污闪电压比刚刚污染时将大幅提高。当绝缘子在运行中受到过渡碳化、酸雨、电弧等外界因素作用发生了严重老化后，LMW丧失严重，因此污闪电压也较小。
4.结语
目前，我国挂网运行的复合绝缘子已经超过600万支，已成为世界上使用复合绝缘子数量最多的国家。硅橡胶材料具有与玻璃和瓷介质一样出色的绝缘性能，同时还具有玻璃及瓷所不具有的憎水性与憎水迁移性。运行经验也显示，复合绝缘子能够有效防范大面积污闪的出现。同时需要注意，硅橡胶材料老化将会导致憎水性不断下降，因此，发展复合绝缘子憎水性带电检测技术也有一定必要。
参考文献：
[1]李鹏,马斌,刘道辉,朱勇,宋波.紫外线老化对符合绝缘子硅橡胶憎水性的影响[J].中国电力,2015,48(3):80-83.
[2]王黎明,梁建瑜,戴罕奇,梅红伟,刘丙财,林国安.高电导率雾对符合绝缘子憎水性的影响[J].电网技术,2014,38(7):1779-1784.