站用复合绝缘子及其生产工艺的制作方法

本发明属于复合绝缘子的技术领域，涉及站用复合绝缘子及其生产工艺。

背景技术：

变电站或换流站的柱式或空心绝缘子是电力系统的重要设备，承担着输送电能的一次载荷，起到机械支撑、高压绝缘和耐气候老化的作用。现有站用绝缘子仍然以陶瓷绝缘子为主，站用复合绝缘子因其外绝缘出色的耐污秽性能逐渐增加了用量。现有站用复合绝缘子因制造技术难度大、成本高、性能可靠性差等受到很大局限。

关于站用复合绝缘子，目前现有技术中主要存在两种形式：玻璃钢芯棒外附伞裙和玻璃钢筒体外附伞裙两种形式，也有部分瓷芯棒外附伞裙的复合绝缘子的形式。

站用玻璃钢芯棒伞套复合绝缘子的玻璃钢芯棒机械强度要求高、绝缘性能要求高，大直径、高强度、高绝缘的玻璃钢芯棒制作工艺困难，内绝缘无法保证。针对尺寸较大时成型温度不均，外部200℃，内部50℃，拉制棒体时会造成固化度、密度、气隙等质量问题，高压下阻性泄漏电流大，易造成电气击穿事故。

而相比于实芯玻璃钢芯棒由于大直径使内绝缘性能无法保证，空芯玻璃钢筒体绝缘子内部一般采用填充泡沫或充满绝缘气体的方式，这种类型的站用复合绝缘子存在以下问题：玻璃钢筒体内部填充泡沫会形成众多小气室，在低压设备上是可行的，使用到高压或超特高压设备时，长期的高压电场将引起局放等电气缺陷，超特高压现场运行曾多次发生设备重大事故；而玻璃钢筒体充注绝缘气体又带来运行维护的技术问题，需要定期检测绝缘气体的成分是否变化，筒体内的压力是否稳定等，对正常的站内设备维护管理产生不利影响，也造成过玻璃钢绝缘筒的爆炸。

以瓷芯棒或瓷套筒为内绝缘与聚合物材料复合伞裙构成的站用复合绝缘子具有集机械强度高、内绝缘可靠、外绝缘耐污和长期耐老化的优势，是站用复合绝缘子的优先方案。但瓷芯棒或瓷套筒与外部复合绝缘伞裙的结合，需要用橡胶注射机在高温、高压注胶成型，针对液体橡胶的注射压力大概为30mpa，针对固体橡胶的注射压力大概为150mpa-170mpa，由于瓷芯棒或瓷套筒以水泥粘合剂与金属附件预胶为一体后注胶，几种材料的热胀率不相同，注胶成型所需120℃～180℃高温下已有较大温差应力，而注胶的压力过大时就会造成瓷芯棒或瓷套筒断裂，更有甚者是没有断裂但是有损伤的瓷芯体是不容易观察检测到的，这就造成后续成品率低、经济性差和留下隐患，如若后期运行易出事故，将造成很大危害，这也正是制约了瓷芯棒或瓷套筒复合绝缘子大量使用的原因。

由于目前的站用绝缘子存在上述问题，因此需要对变电站复合绝缘子及其制造进行改进。

技术实现要素：

本发明为解决上述技术问题提供了一种站用复合绝缘子及其生产工艺，本发明站用复合绝缘子是由瓷芯体(瓷芯棒或瓷套筒)与聚合物伞套分别构成内绝缘和外绝缘，以及两端的端部金属附件(法兰等)所组成。本发明设计了一种粘合剂，在低温或常温下将预制的聚合物伞裙以接触压力粘接到瓷芯体上，固化结合成瓷芯体复合绝缘件，然后在两端连接端部金属附件(法兰)。

本发明为实现其目的采用的技术方案是：

站用复合绝缘子，包括端部设置有法兰的瓷芯体、套装在瓷芯体外部的聚合物伞裙，所述瓷芯体与聚合物伞裙借助粘合剂形成一体密封结构，其特征在于，所述粘合剂按质量百分比计，包括端羟基聚二甲基硅氧烷30-40％、甲苯二异氰酸酯5-10％、多亚甲基多苯基多异氰酸酯5-8％、二苯基硅二醇3-6％、二氧化硅磨料15-30％、硫酸锌2-5％、氢氧化镁5-10％、邻苯二甲酸二丁酯3-6％、氨丙基三乙氧基硅烷2-5％、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷1-3％、纳米二氧化钛3-10％。

聚合物伞裙的套装数量至少为2个，相邻聚合物伞裙之间卡接、叠合或层插式套装结构设置。

所套装的聚合物伞裙为等径伞裙或不等径伞裙。

所述瓷芯体为空心瓷筒体或实心瓷柱体。

站用复合绝缘子的生产工艺，包括以下步骤：

a、把瓷芯体下法兰装到瓷柱上，把法兰及瓷芯体固定在承载瓷芯体的旋转工作台上；

b、调节智能电子标尺，通过涂胶机械手根据智能电子标尺读取的数据，在瓷芯体上涂布单个聚合物伞裙高度的粘合剂；

c、涂胶完毕撤离涂胶机械手，把聚合物伞裙放置在套装聚合物伞裙机械手上，操作套装机械手把聚合物伞裙套装在瓷芯体表面，使相邻两个聚合物伞裙间承插卡接为一体结构；

d、重复步骤b至c，重复套装其它聚合物伞裙；

e、整支绝缘子的聚合物伞裙套装完毕后，粘合剂经过固化，放入养护库中养护，即得站用复合绝缘子。

所述养护库为密闭空间，相对湿度要求60％～75％，分梯级分段控制温度，60℃-80℃养护处理20-30min，80℃-100℃养护处理20-30min，100℃-120℃养护处理20-30min，养护环境为热空气加热，并保持压力0.1-0.6mpa。

本发明的有益效果是：

该瓷芯体绝缘子生产工艺简单、质量可靠、成品率高、能源消耗少、成本低，消除了大直径玻璃钢芯棒复合绝缘子可能的内绝缘隐患和瓷芯体注胶成型可能产生的隐形缺陷。本发明的站用复合绝缘子瓷芯体与聚合物伞裙粘合界面牢固、密实、密封可靠，内绝缘强度高，外绝缘抗污闪电压的能力高，机械稳定性和化学稳定性好，抗紫外线和抗电蚀性能好，长寿命运行无潜在故障隐患。

本发明设计的粘结剂，1)无挥发物和反应释放物，不会形成结合面空隙；2)加成型固化，不靠吸收空气中水分来实现粘合功能，与聚合物伞裙和瓷芯体之间的全封闭状态相匹配；3)实现聚合物伞裙内壁、瓷芯体两种材质的粘合功能。

本发明的站用复合绝缘子的聚合物伞裙与瓷芯体之间形成永久性牢固粘接，伞裙与瓷芯体间密封严密，瓷芯体与端部金属附件间密封严密。经水浸渍预应力后，站用复合绝缘子的工频耐压试验和空气中冲击电压试验满足相应电压等级型号的要求；压缩、弯曲、扭转负荷试验参数优于玻璃钢芯体复合绝缘子；该站用复合绝缘子按照gb/t4585人工污秽试验的污耐压性能优于瓷绝缘子和其它形式的站用复合绝缘子污耐压性能。

附图说明

图1是本发明实施例1站用复合绝缘子组装示意图。

图2是本发明实施例1站用复合绝缘子示意图。

图3是本发明实施例1伞裙示意图。

图4是本发明实施例2站用复合绝缘子组装示意图。

图5是本发明实施例2站用复合绝缘子示意图。

图6是本发明实施例2伞裙示意图。

图7是本发明实施例3站用复合绝缘子组装示意图。

附图中，1代表瓷芯体，2代表伞裙，3代表套装伞裙机械手，4代表涂胶机械手，5代表旋转工作台。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。组装瓷芯复合绝缘子可以是人工也可以是组装设备，包括有承载瓷芯体的旋转工作台、套装伞裙机械手、涂胶机械手、机械手挂壁上有智能plc电子标尺。

一、具体实施例

实施例1

如图1-3，站用复合绝缘子，包括端部设置有法兰的瓷芯体、套装在瓷芯体外部的聚合物伞裙，所述瓷芯体为实心瓷柱体，所述瓷芯体与聚合物伞裙借助粘合剂形成一体密封结构，所述粘合剂按质量百分比计，包括端羟基聚二甲基硅氧烷35％、甲苯二异氰酸酯5％、多亚甲基多苯基多异氰酸酯7％、二苯基硅二醇5％、二氧化硅磨料22％、硫酸锌3％、氢氧化镁8％、邻苯二甲酸二丁酯3％、氨丙基三乙氧基硅烷3％、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷3％、纳米二氧化钛6％。

站用复合绝缘子的生产工艺，包括以下步骤：聚合物伞裙采用相邻伞裙套卡接的方式连接，组装后没有裸露在外的瓷芯体，形成聚合物伞裙全密封的组合结构。

a、把瓷芯体下法兰装到瓷柱上，把法兰及瓷芯体固定在承载瓷芯体的旋转工作台上；

b、调节智能电子标尺，通过涂胶机械手根据智能电子标尺读取的数据，在瓷芯体上涂布单个伞裙高度的粘合剂；

c、涂胶完毕撤离涂胶机械手，把聚合物伞裙放置在套装伞裙机械手上，操作套装机械手把伞裙套装在瓷芯体表面，使相邻两个伞裙间承插卡接为一体结构，形成紧密衔接，加强牢固性和密封性。

d、重复步骤b至c，重复套装其它聚合物伞裙。

e、整支绝缘子的聚合物伞裙套装完毕后，粘合剂经过初固化，移入养护库中养护，所述养护库为密闭空间，相对湿度要求70％～75％，分段分梯级控制温度，70℃养护处理25min，90℃养护处理25min，110℃养护处理25min；并保持热空气压力0.1～0.2mpa。完全固化后，聚合物伞裙与瓷芯体和端部金属附件结合为一体，制成站用复合绝缘子。

所套装的聚合物伞裙可以是等径伞裙，也可以是不等径伞裙，所述伞裙顶端为圆台形，且设置有凸起，所述伞裙底端开设有与圆台形顶端相匹配的缺口，缺口处设置有与凸起相配合的凹槽。套装伞裙时，上伞裙的底端与下伞裙的顶端相扣合，上伞裙底端设置的凹槽正好抱紧下伞裙顶端设置的凸起，形成紧密衔接，加强牢固性、密封性。圆台形顶端的侧边与水平线的夹角优选45°。伞裙的顶端还可以是正方形、长方形等任意形状，相应的伞裙的底端开设有与伞裙顶端相匹配的缺口。

实施例2

如图4-6，站用复合绝缘子，包括端部设置有法兰的瓷芯体、套装在瓷芯体外部的聚合物伞裙，所述瓷芯体为实心瓷柱体，所述瓷芯体与聚合物伞裙借助粘合剂形成一体密封结构，所述粘合剂按质量百分比计，包括端羟基聚二甲基硅氧烷30％、甲苯二异氰酸酯5％、多亚甲基多苯基多异氰酸酯8％、二苯基硅二醇3％、二氧化硅磨料25％、硫酸锌2％、氢氧化镁10％、邻苯二甲酸二丁酯4％、氨丙基三乙氧基硅烷2％、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷3％、纳米二氧化钛8％。

站用复合绝缘子的生产工艺，包括以下步骤：伞裙采用独立式套装结构连接，有裸露在外的瓷芯体，需要涂覆聚合物绝缘材料(有裸露在外的瓷芯体则需要喷涂聚合物绝缘材料，如本实施例2；没有裸露在外的瓷芯体一般不需要喷涂聚合物绝缘材料如实施例1和实施例3)，

a、把瓷芯体下法兰装到瓷柱上，把法兰及瓷芯体固定在承载瓷芯体的旋转工作台上，通过喷涂机械手把瓷芯体均匀喷涂聚合物绝缘材料，晾干；

b、调节智能电子标尺，通过涂胶机械手根据智能电子标尺读取的数据，在瓷芯体上涂布单个伞裙高度的粘合剂；

c、涂胶完毕撤离涂胶机械手，把聚合物伞裙放置在套装伞裙机械手上，操作套装机械手把伞裙套装在瓷芯体表面设定位置，重复步骤b至c，套装第二个伞裙，直至伞裙套装完毕。

d、整支绝缘子的聚合物伞裙套装完毕后，粘合剂经过初固化，移入养护库中养护，所述养护库为密闭空间，相对湿度要求60％～70％，分段分梯级控制温度，60℃养护处理30min，80℃养护处理30min，100℃养护处理30min；并保持热空气压力0.3～0.4mpa。完全固化后，聚合物伞裙与瓷芯体和端部金属附件结合为一体，制成站用复合绝缘子。

实施例3

如图7，站用复合绝缘子，包括端部设置有法兰的瓷芯体、套装在瓷芯体外部的聚合物伞裙，所述瓷芯体为空心瓷套筒，所述瓷芯体与聚合物伞裙借助粘合剂形成一体密封结构，所述粘合剂按质量百分比计，包括端羟基聚二甲基硅氧烷40％、甲苯二异氰酸酯10％、多亚甲基多苯基多异氰酸酯5％、二苯基硅二醇6％、二氧化硅磨料17％、硫酸锌5％、氢氧化镁5％、邻苯二甲酸二丁酯3％、氨丙基三乙氧基硅烷5％、γ-环氧丙氧基三甲氧基硅烷1％、纳米二氧化钛3％。

站用复合绝缘子的生产工艺，包括以下步骤：聚合物伞裙采用相邻伞裙套卡接的方式连接，组装后没有裸露在外的瓷芯体，形成聚合物伞裙全密封的组合结构。

a、把瓷芯体下法兰装到瓷柱上，把法兰及瓷芯体固定在承载瓷芯体的旋转工作台上；

b、调节智能电子标尺，通过涂胶机械手根据智能电子标尺读取的数据，在瓷芯体上涂布单个伞裙高度的粘合剂；

c、涂胶完毕撤离涂胶机械手，把聚合物伞裙放置在套装伞裙机械手上，操作套装机械手把伞裙套装在瓷芯体表面，使相邻两个伞裙间承插卡接为一体结构，形成紧密衔接，加强牢固性和密封性。

d、重复步骤b至c，重复套装其它聚合物伞裙。

e、整支绝缘子的聚合物伞裙套装完毕后，粘合剂经过初固化，移入养护库中养护，所述养护库为密闭空间，相对湿度要求60％～65％，分段分梯级控制温度，80℃养护处理20min，100℃养护处理20min，120℃养护处理20min；并保持热空气压力0.5～0.6mpa。完全固化后，聚合物伞裙与瓷芯体和端部金属附件结合为一体，制成站用复合绝缘子。

所套装的聚合物伞裙可以是等径伞裙，也可以是不等径伞裙，所述伞裙顶端为圆台形，且设置有凸起，所述伞裙底端开设有与圆台形顶端相匹配的缺口，缺口处设置有与凸起相配合的凹槽。套装伞裙时，上伞裙的底端与下伞裙的顶端相扣合，上伞裙底端设置的凹槽正好抱紧下伞裙顶端设置的凸起，形成紧密衔接，加强牢固性、密封性。圆台形顶端的侧边与水平线的夹角优选45°。伞裙的顶端还可以是正方形、长方形等任意形状，相应的伞裙的底端开设有与伞裙顶端相匹配的缺口。

二、性能试验

1、电气性能

①干雷电冲击耐受电压试验按照gb/t25096之9.2.1进行，符合要求。

②湿工频耐受电压试验按照gb/t25096之9.2.2进行，符合要求。

③湿操作冲击耐受电压试验按照gb/t25096之12.2进行，符合要求。

2、机械性能：(弯曲试验，饶度的变化)

①在环境温度下，站用复合绝缘子的弯曲负荷试验按照gb/t21429进行，施加弯曲载荷为2.5×mdcl试验通过无损伤。

②在施加规定弯曲负荷scl后，站用绝缘子的残余应变(饶度变化量)最大应变小于0.5％，远低于玻璃钢芯体站用绝缘子5％的要求。

3、温变性能：

①低温性能

将上述实施例1和实施例2组装好的站用复合绝缘子置于-10℃条件下30天，观察伞裙与瓷芯体的结合状态，结果如表1。

表1

②高温性能

将上述实施例1和实施例2组装好的站用复合绝缘子置于45℃条件下30天，观察伞裙与瓷芯体的结合状态，结果如表2。

表2

4、水浸试验性能

对聚合物伞裙与瓷芯体粘接界面按照gb/t22079规定的芯体水浸渍预应力试验要求，进行0.1％盐水100h×2的加倍水煮老化性能试验，其试后界面的撕裂强度与实验前无差异，泄漏电流与试前泄漏电流无明显改变，对粘接界面进行绝缘耐压试验，其长时间加载电压绝缘耐受试验，试品无明显发热、温升，持续可靠。

试验验证表明，本发明站用复合绝缘子的机械强度高、绝缘性能好，瓷芯体与伞裙的结合强度高，粘合剂及粘合技术满足站用复合绝缘子制作要求；其生产工艺简单，无废次品、成本低、质量可靠，适用于各电压等级、机械负荷等级的交、直流设备站用复合绝缘子的需要。