一种840kN高吨位盘形悬式瓷绝缘子及其制备方法和应用与流程

本发明涉及特高压输变电绝缘器件，尤其涉及一种840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着特高压交直流输电及新能源基地远距离外送工程的发展，大截面多分裂导线在跨江跨谷、大高差、重覆冰和强风等线路中的应用日益增多，对绝缘子的机械承载能力、电气性能及长期可靠性提出了更高要求。传统较低吨位盘形悬式绝缘子通常需要采用多串并联布置，导致绝缘子及连接金具数量增加，杆塔荷载、工程造价和运维工作量相应增大。

2、现有技术已对大吨位绝缘子的承载结构、防污结构和制备工艺进行了改进。例如，公开号为cn 104992794 a的发明专利公开了通过瓷件头部上砂、铁帽内壁凹凸结构及钢脚锌套提高胶装强度和耐电蚀性能的技术；公开号为cn 113113193 a的发明专利公开了采用三伞结构增加爬电距离并改善自洁性能的技术；公开号为cn 110845224 a的发明专利公开了通过原料处理、成型、干燥、烧成及胶装工艺提高瓷绝缘子强度和耐老化性能的技术。

3、但是，对于840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子，瓷件头部、钢帽、钢脚和胶合剂层之间的载荷传递关系较为复杂，易在头部过渡区域及胶装界面产生应力集中，在长期风振、覆冰和交变拉伸载荷作用下可能出现瓷体微裂纹或胶层脱粘。同时，高铝厚壁瓷件对原料粒径、成型、干燥和烧成制度较为敏感，制备参数控制不当易造成内部缺陷和性能离散。

4、此外，特高压直流线路中的污秽、潮湿和盐雾环境容易引起沿面闪络及钢脚电解腐蚀，现有伞裙和单一锌环结构的防污、防腐效果仍有提升空间。仅采用外观和规定负荷检验，也难以及时发现瓷件内部缺陷及胶装界面的早期疲劳损伤。因此，有必要对承载结构、瓷料制备、胶装体系、防污防腐结构及可靠性检测方法进行协同改进。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子及其制备方法和应用。本发明通过对高铝瓷绝缘本体、承载连接结构、胶装体系、防污防腐结构及制备检测工艺进行协同设计，实现了840 kn盘形悬式瓷绝缘子的高承载、耐疲劳、耐污闪和耐腐蚀，具有制备稳定性好、运行可靠性高的优点，适用于特高压交直流重载输电线路，具有良好的工程应用前景。

2、本发明第一方面提供了一种840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子，包括高铝瓷绝缘本体、铸钢钢帽、钢脚以及用于将所述高铝瓷绝缘本体分别与所述铸钢钢帽和所述钢脚胶装连接的改性水泥胶合剂层，所述高铝瓷绝缘本体包括圆柱头部和位于所述圆柱头部下方的梯度三伞伞裙；

3、所述圆柱头部为中空圆柱头部，所述圆柱头部的外侧和内侧均采用两个相切连接的圆弧形成双圆弧渐变壁厚过渡结构，所述圆柱头部的圆柱侧壁厚度为23 mm，顶部厚度为22 mm，所述圆柱头部的胶装表面设有高度为0.6 mm的防滑砂层；

4、所述铸钢钢帽的内壁设有圆弧应力缓冲槽；

5、所述钢脚的顶部为球面承压结构，所述球面承压结构通过所述改性水泥胶合剂层与所述圆柱头部的内侧双圆弧过渡结构相配合；

6、所述钢脚的中部套装双层牺牲锌环防腐组件；

7、所述梯度三伞伞裙的上伞、中伞和下伞的外径自上而下逐级递减，伞面自洁倾角为12°。

8、优选地，所述圆柱头部的高度为105±4 mm、外径为125±4 mm，所述圆柱头部的中空孔直径为79±5 mm；所述外侧双圆弧包括相切连接的第一外圆弧和第二外圆弧，第一外圆弧的半径为24~28 mm，第二外圆弧的半径为8~12 mm；所述内侧双圆弧包括相切连接的第一内圆弧和第二内圆弧，第一内圆弧的半径为10~14 mm，第二内圆弧的半径为6~9 mm。

9、优选地，所述圆弧应力缓冲槽的圆弧半径为6~10 mm、径向深度为2~4 mm；所述球面承压结构的球面半径为35~45 mm、球冠高度为8~12 mm；所述铸钢钢帽一侧的改性水泥胶合剂层的径向厚度为8~12 mm，所述钢脚一侧的改性水泥胶合剂层在球面顶部的轴向厚度为10~15 mm，所述铸钢钢帽、高铝瓷绝缘本体和钢脚的同轴度偏差≤0.8 mm。

10、优选地，所述高铝瓷绝缘本体的干基原料按质量份计包括：92~95份α-高纯氧化铝粉、3~5份低钠石英粉、1.5~2.5份低钾钠长石和0.3~0.8份复合矿化剂；所述α-高纯氧化铝粉的纯度不低于99.5%，经砂磨细化后的原料粒径d90≤5 μm；所述复合矿化剂由氧化镁和碳酸钡按质量比1:1~2:1组成。

11、优选地，所述改性水泥胶合剂以高铝硅酸盐水泥质量为100份计，包括0.8份聚羧酸高效减水剂、1.2份人工瓷砂骨料和0.5份有机消泡剂，水灰比为0.28~0.32，所述人工瓷砂骨料的粒径为0.15~0.60 mm；所述高铝硅酸盐水泥的铝酸盐含量为35~50％。

12、优选地，所述绝缘子的结构高度为385±5 mm；所述上伞的外径为400±5 mm，所述中伞的外径为350±2 mm，所述下伞的外径为300±5 mm；所述上伞与中伞的轴向间距为55~65 mm，所述中伞与下伞的轴向间距为45~55 mm，各伞裙的厚度为10~14 mm，伞根圆角半径为8~12 mm；所述绝缘子的公称爬电距离根据防污等级设置为700±10 mm、1000±10 mm或1350±10 mm，釉层厚度为0.30~0.55 mm。

13、优选地，所述双层牺牲锌环防腐组件包括沿钢脚轴向相邻设置的上锌环和下锌环，所述上锌环和下锌环的径向厚度均为3~5 mm，两者的轴向间距为5~10 mm；所述上锌环的轴向宽度为14~18 mm，所述下锌环的轴向宽度为10~14 mm；所述铸钢钢帽的内壁设有厚度为80 μm~140 μm的锌铝复合防腐层。

14、优选地，所述高铝瓷绝缘本体的烧成温度为1300℃~1320℃，升温速率为15~22℃/h；所述改性水泥胶合剂层经40℃和60℃分段恒温养护形成；所述高铝瓷绝缘本体在胶装前经过36 mpa内水压逐件筛选，胶装后的绝缘子按生产批进行500000次交变拉伸疲劳抽样检验。

15、本发明第二方面提供所述840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子的制备方法，包括如下步骤：

16、按所述高铝瓷绝缘本体的原料配比称量原料并加水制浆，对浆料进行球磨、砂磨细化和除铁；对浆料进行脱水、陈腐和真空练泥，制得泥段；成型获得具有中空圆柱头部和梯度三伞伞裙的坯体，并使坯体以竖直状态分阶段阴干；对坯体施釉，并在圆柱头部的胶装表面形成防滑砂层；采用分段控温制度烧成瓷件；对烧成瓷件逐件进行36 mpa内水压筛选；将合格瓷件与铸钢钢帽和球面承压钢脚同轴胶装，采用40℃和60℃分段恒温养护；在钢脚上安装双层牺牲锌环防腐组件；对产品进行外观、尺寸、机电性能检验，并按生产批进行500000次交变拉伸疲劳抽样检验。

17、优选地，制浆后的浆料固含量为58%~62%，球磨时间为6~10 h，砂磨时间为20~24h；砂磨后浆料的粒径d90≤5 μm；压滤后的泥料含水率为19%~22%，陈腐时间为20~28 h，真空练泥的真空度为-0.09~-0.085 mpa。

18、优选地，所述成型压力为20 mpa~30 mpa；所述分阶段阴干包括在20℃~25℃、相对湿度75%~85%的条件下阴干24~36 h，在28℃~35℃、相对湿度60%~70%的条件下阴干36~60h，以及在38℃~45℃、相对湿度45%~55%的条件下干燥12~24 h，使坯体残余含水率≤1.2%。

19、优选地，所述坯体烧成时，20℃~600℃的升温速率为40℃/h~55℃/h，600℃~1100℃的升温速率为20℃/h~30℃/h，1100℃~1300℃的升温速率为15℃/h~22℃/h，在1300℃~1320℃保温2~4 h；保温后降温至900℃的冷却速率为30℃/h~45℃/h，900℃~400℃的冷却速率为40℃/h~60℃/h，低于400℃后随炉冷却。

20、优选地，所述胶装时所述改性水泥胶合剂的胶层厚度为8~15 mm；胶装后先在20℃~25℃、相对湿度不低于90%的条件下预养护10~14 h，再以≤5℃/h的升温速率升至40℃并保温24 h，然后升至60℃并保温48 h，最后以≤5℃/h的降温速率冷却至室温。

21、优选地，所述36 mpa内水压筛选的升压速率为0.5~1.5 mpa/s，保压时间为60~120s；出现渗漏、压力异常下降、可见裂纹或声发射异常的瓷件判定为不合格。

22、优选地，所述500000次交变拉伸疲劳抽样检验采用正弦载荷，载荷下限为252~336kn，载荷上限为504~588 kn，频率为1.5~2.5 hz；每一生产批抽取不少于3只绝缘子进行检验，完成循环后试样无可见裂纹、无胶合界面脱粘。

23、本发明第三方面提供所述840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子在特高压架空输电线路中的应用，方法如下：

24、将多个所述840 kn高吨位盘形悬式瓷绝缘子串联组成耐张绝缘子串，用于1000kv特高压交流线路、±800 kv特高压直流线路或±1100 kv特高压直流线路的导线与杆塔之间的机械承载和电气绝缘。

25、优选地，所述耐张绝缘子串用于跨江跨谷大高差耐张塔、重覆冰区、强风区、沿海盐雾重污秽区或新能源基地远距离外送线路。

26、优选地，所述耐张绝缘子串用于连接8×1250 mm2或10×1520 mm2大截面多分裂导线。

27、与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

28、本发明采用双圆弧渐变壁厚圆柱头部，并使其与钢帽圆弧应力缓冲槽、钢脚球面承压结构及改性水泥胶合剂层相配合，形成较为平缓的载荷传递路径，能够分散瓷件头部和胶装界面的局部应力，降低瓷体开裂及胶层脱粘的风险，提高绝缘子在长期交变载荷下的机械可靠性。

29、本发明采用高纯α-氧化铝瓷料，并通过砂磨细化、真空练泥、压力成型、分阶段阴干和分段烧成，提高瓷体的致密性和机械强度，减少厚壁瓷件的干燥裂纹、烧成变形和性能离散。采用含减水剂、人工瓷砂骨料和消泡剂的改性水泥胶合剂，并配合分段恒温养护，能够降低胶层孔隙和固化收缩，提高胶装界面的粘结强度及耐冷热循环性能。

30、本发明采用外径逐级递减的梯度三伞结构，有利于增加有效爬电距离、减少积污和水膜桥接；通过设置双层牺牲锌环及钢帽防腐层，能够延缓锌层局部耗尽，改善钢脚在直流、盐雾和污秽环境下的耐腐蚀性能。

31、本发明还通过36 mpa内水压逐件筛选瓷件内部缺陷，并通过500000次交变拉伸疲劳抽样检验评价成品的长期承载可靠性，从而提高产品的出厂质量和批量一致性。试验结果表明，本发明能够降低头部应力集中，提高机电破坏负荷、疲劳寿命、污闪性能及批量合格率，具有良好的工程应用前景。