别忽视复合绝缘子退役芯棒！整体性能还挺好，回收再利用价值大

复合绝缘子具有制作工艺简单、憎水性强等优点，有效地解决了线路外绝缘污闪问题，减轻了零值测量运维工作量，在我国电力系统中得到了广泛应用。复合绝缘子由外护套/伞裙、内部芯棒和端部金具构成。如果合理制造、使用和维护，其使用寿命可达30～50年。

但在实际复杂运行环境下，复合绝缘子硅橡胶外护套会受到包括紫外辐射、淋雨、电晕放电等多种因素的综合作用，过早地出现一系列老化现象，如表面开裂、密封退化、抗污闪性能和憎水性能下降等，导致实际使用寿命仅有10～15年。

据统计，我国在66 kV及以上电压等级中运行的复合绝缘子数量已有1000余万支，其中400余万支已运行10年以上，进入寿命中后期，且平均每年面临退役的数量达100余万支。同时，随着超、特高压输电工程的推进，未来还将有大量复合绝缘子陆续投入运行与退役。对于退役的复合绝缘子，目前主要采用填埋、丢弃等处理方式，这不但会大量占用土地空间，造成资源浪费，而且会对环境造成较大负担。因此，如何处理退役绝缘子材料成为亟待解决的问题。

复合绝缘子内部芯棒为环氧树脂基玻璃纤维增强复合材料，由于外裹硅橡胶护套，受外界环境影响较小，退役后理论上仍具有较高的可回收再利用价值。目前针对纤维增强复合材料回收再利用的研究主要集中在风机叶片、碳纤维复合材料等方面，回收处理方式主要有机械粉碎法、热解法、化学回收法、超临界流体法和整体回收再利用。

机械粉碎法是将玻璃钢废旧料通过粉碎、研磨、筛选等方法进行处理，在不改变热固性树脂的组成成分和化学成分的前提下，应用于砂浆、沥青、混凝土等基质中，以代替部分原料或用作增强体材料。粉碎回收所得的纤维表面含有较多的树脂残余，纤维性能相比原丝有所下降，导致使用该方法的产品回收经济价值较低。

热解法可分为高温热解法、流化床辅助热解法和能量回收法。高温热解法是在特定反应器中，将温度升高到450～550℃，使有机物质被分解成气体或液体，从而回收内部纤维。流化床辅助热解法是指采用硅砂床，利用空气或氮气的热气流进行流化，完成上述过程。

能量回收法是将加热所产生的高热值液体和气体收集起来，用作不同制造步骤的燃料。但热解法会对纤维表面造成损伤，降低内部纤维的强度，需要额外的处理方法来降低纤维表面损伤；能量回收法会产生有毒气体及浓烟，需要额外处理，带来资源和环境的双重不利影响。此外，由于绝缘子芯棒中环氧树脂含量较低，导致能量回收法效率较低。

化学回收法是指利用溶剂（酸、碱或醇类）的溶解性能，快速持续地降解环氧树脂基体，在较低温度下即可得到环氧树脂低聚物或高质量纤维，用于回收再利用。超临界流体法则是利用高温、高压环境下流体卓越的传质性能和分解能力，使复合材料中的树脂基体降解为树脂单体分子或其他化学分子，从而回收得到高质量的纤维。但由于绝缘子芯棒中玻璃纤维占比达到80%以上，回收再利用价值较低，极大地限制了化学回收法和超临界流体法的应用推广。

整体回收再利用是指对退役芯棒进行切割、测试，根据性能和尺寸，将其再利用于低电压绝缘子芯棒、绝缘拉杆或工程用锚杆等场合，具有成本低、能耗低、工艺简单及回收利用率高等诸多优点。采用整体再利用的回收方式更为经济，且能最大程度地体现其再利用价值。但在实际应用之前，需要详细地评估其性能和剩余使用价值。

华北电力大学的刘贺晨、胡如法等学者，以河北南网220 kV退役复合绝缘子芯棒的高压段、中间段和低压段作为研究对象，对比了退役芯棒与新芯棒的物理、热学、电气及力学性能和微观形貌差异，并基于性能评估结果进行推广，探索了退役芯棒的再利用价值和快速性能评估手段。

图1 芯棒取样图

他们发现，退役芯棒环氧树脂基体含量下降程度在1.31%以内，基体降解会导致内部形成孔隙，但芯棒整体孔隙率小于1%，无明显大孔隙出现；饱和吸湿率保持在0.008%以内，染料渗透过程中未出现贯穿渗透现象。

图2 电气性能试验示意图

图3 力学性能试验

此外，退役芯棒击穿强度基本保持在20 kV/mm以上，水煮后泄漏电流保持在50μA以内，电气强度和绝缘性能表现良好，可直接用于低电压等级的复合绝缘子芯棒，是目前价值最高的整体回收再利用方式。另外，对芯棒的电气性能的考验最为严格，可以将样品的击穿强度和泄漏电流作为快速评估再利用价值的主要手段。

表1 退役芯棒性能测试结果

表2 退役芯棒性能变化情况

研究者表示，退役芯棒内部的玻璃纤维束和树脂基体承载性能良好，界面强度较高，整体具有较高的拉伸、弯曲和剪切强度，保持良好的力学性能。可以作为支撑承载件，整体再利用于其他非电气领域。

他们还指出，复合绝缘子进行挂网运行时，应更多注意外护套的完整性及端部密封性，尤其是芯棒的高压端，有利于维持芯棒的整体性能，延长使用寿命。

退役芯棒击穿强度和泄漏电流变化较小，展现出优良的电气强度和绝缘性能。因此，优先考虑再利用于复合绝缘子、绝缘拉杆等电气绝缘件，可以充分发挥其绝缘性能，具有较高的使用价值。特别是退役芯棒整体性能基本满足芯棒技术规范要求，可以用于低电压等级（35～110 kV）下的复合绝缘子芯棒，该种方式成本低、效率高，且处理过程基本无能量损耗，是目前价值最高的一种整体回收再利用途径。

在实际工程应用中，可在复合绝缘子退役时截去连接金具或部分高压段芯棒，避免退役芯棒在同电压等级的复用，并对内部芯棒抽样检测，评估其性能劣化程度和再利用价值，满足要求后才可以复用到低电压等级绝缘子芯棒。

退役芯棒拉伸、弯曲和剪切强度较高，具有良好的力学承载能力，可以考虑整体再利用于建筑工程、交通运输、体育器械、文创产品等非电气领域，例如用作岩土工程锚固用锚杆，或代替钢筋用于混凝土结构中，以充分发挥其较强的力学性能。

另外，研究发现，芯棒高压段性能下降最为严重，而中间段和低压段的性能下降较小。造成这种现象的原因是复合绝缘子连接导线端（高压段）的电场强度相对偏高，更易形成电晕放电等现象，促进硅橡胶外护套的老化劣化，导致端部密封不良、芯棒与护套界面粘结性下降等问题。

现有研究表明，水分易沿着外护套裂纹、缝隙等薄弱环节入侵到绝缘子内部，并积聚在杆壳之间界面缺陷造成的微孔中，与芯棒基体发生缓慢水解和离子交换，是芯棒降解的重要因素。同时，在微电流作用下，水分子会反复冲撞芯棒，加速环氧树脂含量的减少，从而加剧杆壳界面与芯棒内部微孔的形成和扩大。另一方面，孔隙造成的尖端易在复合绝缘子内部造成电场集中，从而诱发局部放电。

长期局部放电易引起绝缘子发热，加速硅橡胶外护套的劣化和环氧树脂基体的氧化分解，出现更多μm尺寸的孔洞，并降低树脂与纤维的界面强度，对整体电气和力学性能造成影响，导致退役芯棒高压段性能的衰减。但芯棒的降解是从高压部分向低压部分逐渐发展的，对中间段和低压段的芯棒性能影响不大，故芯棒整体再利用时可以优先采用中间段和低压段部分。

本工作成果发表在2024年第11期《电工技术学报》，论文标题为“220 kV退役复合绝缘子芯棒整体回收再利用可行性研究”。本课题得到中央高校基本科研业务费专项资金的支持。