500kV神侯Ⅰ回線復(fù)合絕緣子芯棒脆斷事故分析

鄒劭峰 張憲文

【摘 要】本文通過對(duì)高壓輸電線路復(fù)合絕緣子斷裂機(jī)理及斷裂特征的分析，以500kV神侯Ⅰ回線195#中相復(fù)合絕緣子斷串事故為例分析了事故原因，并提出了高壓輸電線路復(fù)合絕緣子在應(yīng)用及運(yùn)行維護(hù)等環(huán)節(jié)的意見和改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電線路；復(fù)合絕緣子；芯棒；硅橡膠；斷裂機(jī)理

【中圖分類號(hào)】F407.61【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0440-01

1 引言

復(fù)合絕緣子在高壓輸電線路中的應(yīng)用越來越普及，國外在20世紀(jì)70年代開始試用，目前大部分國家和地區(qū)在高壓和超高壓輸電線路中已普遍使用，本文以500kV神侯Ⅰ回線195#中相復(fù)合絕緣子斷串事故為例，對(duì)高壓輸電線路復(fù)合絕緣子的斷裂原因進(jìn)行了分析探討，以期為復(fù)合絕緣子的安全運(yùn)行提供依據(jù)。

2 復(fù)合絕緣子斷裂機(jī)理

2.1 復(fù)合絕緣子基本特性及脆斷特征

復(fù)合絕緣子的結(jié)構(gòu)形式很多，但基本上由芯棒、傘盤、金屬端頭（帽窩或碗頭）等幾部分組成。其中芯棒根據(jù)生產(chǎn)廠家不同而材質(zhì)略有區(qū)別，但大多基于以下四種材料：①E型玻璃纖維，普通環(huán)氧樹脂芯棒。（不耐酸堿，？ b=600-800Mpa）；②E型玻璃纖維，改性型環(huán)氧樹脂芯棒（耐酸性能不良，抗拉強(qiáng)度？b=600-800Mpa）；③ECR型耐酸玻璃纖維，改性型環(huán)氧樹脂芯棒（耐酸堿，抗拉強(qiáng)度？b>1000Mpa）；④ECR改性型耐酸高溫芯棒（耐酸、耐高溫，抗拉強(qiáng)度？b=1000Mpa以上）。在復(fù)合絕緣子中，存在兩個(gè)界面：（1）傘裙護(hù)套---芯棒粘接界面；（2）密封膠---金具粘接界面。上述二個(gè)界面的粘接質(zhì)量，是復(fù)合絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵，如果護(hù)套與芯棒界面粘接不良，運(yùn)行一段時(shí)間后，界面開裂，產(chǎn)生空隙，在高壓電場下，就會(huì)產(chǎn)生局部放電，引起內(nèi)絕緣破壞及芯棒材料局部老化斷裂，密封膠和金具粘結(jié)不良，會(huì)使潮氣浸入芯棒界面，潮氣在高壓電場下，顯示弱酸性，長期侵蝕芯棒及界面，會(huì)造成復(fù)合絕緣子脆斷和軸向擊穿。

2.2 復(fù)合絕緣子斷裂的主要原因

有資料表明，長時(shí)間酸蝕是造成芯棒脆斷的重要原因。酸的來源有兩種：一是復(fù)合絕緣子高壓端部電場強(qiáng)度較高，電暈嚴(yán)重，空氣在電場的作用下電離，產(chǎn)生氮離子與空氣中的水結(jié)合生成弱硝酸；二是酸雨，尤其在酸雨嚴(yán)重的重污染區(qū)。這些弱酸通過端部密封部分直接與芯棒接觸，或者沿著復(fù)合絕緣子裂紋漫漫滲透，芯棒主要承受拉力的材料是玻璃纖維，由于玻璃纖維對(duì)酸性物質(zhì)較為敏感，在其作用下變脆，形成脆斷層，隨著時(shí)間的推移，脆斷層不斷增大，芯棒有效面積減少，酸雨對(duì)玻璃纖維不斷進(jìn)行腐蝕。芯棒在弱酸的長期作用下發(fā)生斷裂，待斷裂面積達(dá)到整個(gè)截面的相當(dāng)比例時(shí)，余下部分承受不住導(dǎo)線的重量而發(fā)生斷裂，伴隨著拉絲現(xiàn)象產(chǎn)生復(fù)合絕緣子脆斷。通常在復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝過程中，難免有復(fù)合絕緣子端部密封不良或損傷，造成復(fù)合絕緣子缺陷，這又加速了酸性雨水的滲透，增加了脆斷發(fā)生的概率。

3 事故分析

3.1 事故簡介

500kV神侯Ⅰ回線起始于神頭二電廠，止于侯村變電站，1998年11月24日投入運(yùn)行，線路全長162.33 km，導(dǎo)線為4×LGJX—400/35。線路處于Ⅲ級(jí)污區(qū)，其中116基鐵塔采用型號(hào)為FXB-500/180復(fù)合絕緣子，該復(fù)合絕緣子棒芯為E型玻璃纖維材料，改性型環(huán)氧樹脂芯棒。

500kV神侯Ⅰ回線自投入運(yùn)行以來，絕緣子運(yùn)行狀態(tài)一直良好。而6月23日195#塔中相復(fù)合絕緣子突然發(fā)生自導(dǎo)線側(cè)壓接出口處斷裂。防振錘損壞4個(gè)，造成導(dǎo)線五處損傷，其中懸垂線夾小號(hào)側(cè)左下線損傷最為嚴(yán)重（斷18股，占鋁股總截面37.5%）；右下線斷17股，占鋁股總面積35.4%，線夾損壞；右上線損傷5股，每股損傷2/3。懸垂線夾大號(hào)側(cè)右上線斷2股右下線斷2股的重大事故。

3.2 事故分析

3.2.1 事故絕緣子基本情況

3.2.1.1 事故現(xiàn)場附近有明顯污染源（磚瓦廠多座），故障絕緣子及其附近的復(fù)合絕緣子均有明顯污穢物，導(dǎo)線橫擔(dān)及復(fù)合絕緣子無明顯的放電痕跡。且根據(jù)山西省電力系統(tǒng)雷電探測定位系統(tǒng)的探測記錄，故障發(fā)生期間附近沒有雷電發(fā)生，由此可排除事故為污閃或雷擊所致。

3.2.1.2 對(duì)發(fā)生斷裂的復(fù)合絕緣子斷面進(jìn)行仔細(xì)的外觀檢查發(fā)現(xiàn)，斷裂面中有一個(gè)端面呈發(fā)黃的舊痕跡，面另一個(gè)端面則有拉斷的新痕跡，在端部金具與芯棒連接的密封處發(fā)現(xiàn)有密封不良現(xiàn)象，密封處的硅橡膠上發(fā)現(xiàn)有水滲透和金具銹蝕的痕跡。由此推斷，該復(fù)合絕緣子曾存在陳舊性裂紋。

3.2.1.3 斷裂位置發(fā)生在復(fù)合絕緣子導(dǎo)線側(cè)與金具壓接出口處，整個(gè)斷面呈不規(guī)則平臺(tái)狀，約1/4面積邊緣有拉絲，均壓環(huán)安裝位置及方向符合廠家設(shè)計(jì)要求，從斷裂處測得的復(fù)合絕緣子芯棒外護(hù)套厚度為2mm。此特征基本符合脆斷的特征，因此可初步推斷該復(fù)合絕緣子斷裂事故是由芯棒脆斷所致。

3.2.2 事故原因分析

由上述分析可見，該復(fù)合絕緣子斷裂的主要原因如下：

3.2.2.1 復(fù)合絕緣子的芯棒與金具聯(lián)接處密封層被破壞或芯棒外護(hù)套的硅橡膠層有裂紋。

3.2.2.2 195#塔緊靠風(fēng)口，海拔高，空氣流動(dòng)大，方圓5～10平方公里內(nèi)沒有有利的防風(fēng)林帶，瞬時(shí)風(fēng)速可達(dá)7級(jí)左右，大風(fēng)引起的導(dǎo)線振動(dòng)也加速了芯棒的脆斷速度。

3.2.2.3 環(huán)境空氣中的煙塵含鹽密度較大，在線路負(fù)荷大時(shí)，使得復(fù)合絕緣子高壓端部電場強(qiáng)度增大，電暈較嚴(yán)重，加速了復(fù)合絕緣子的劣化。

4 結(jié)論與建議

由前可知，復(fù)合絕緣子發(fā)生脆斷的主要原因是芯棒外護(hù)套或密封層受損，在風(fēng)及環(huán)境的影響下，長時(shí)間酸性物質(zhì)的滲透造成的芯棒腐蝕和振動(dòng)機(jī)械力的作用下而產(chǎn)生的。因此，避免或減少復(fù)合絕緣子脆斷事故發(fā)生的有效措施可從生產(chǎn)工藝、運(yùn)輸及安裝過程等方面著手。即建議：

4.1 采用耐酸性材料做復(fù)合絕緣子芯棒材料

復(fù)合絕緣子的生產(chǎn)過程質(zhì)量管理必須按照國際標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格把關(guān)，由于大氣污染越來越嚴(yán)重，酸雨的發(fā)生面積不斷擴(kuò)大、酸雨次數(shù)也在不斷增加，復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠家應(yīng)結(jié)合用戶所處地理位置的污染情況，有選擇地采用不同的耐酸材料做為芯棒材料，并從制造工藝上改進(jìn)接頭的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)密封材料性能的改進(jìn)，提高密封性能，防止密封失效。

4.2 改進(jìn)復(fù)合絕緣子包裝方式

復(fù)合絕緣子的包裝對(duì)保護(hù)復(fù)合絕緣子質(zhì)量起重要作用，由于復(fù)合絕緣子的硅橡膠層屬易脆性材料，易受損壞，而送電線路具有分散、地域范圍廣、交通困難的特點(diǎn)，材料的運(yùn)輸既有車船運(yùn)輸又有人力抬運(yùn)。因此，復(fù)合絕緣子生產(chǎn)廠家應(yīng)結(jié)合送電線路的特點(diǎn)，采用分散小包裝方式，每個(gè)包裝箱以2～3串為宜，箱體要有一定強(qiáng)度，保證復(fù)合絕緣子在運(yùn)輸過程中不受損傷。

4.3 改進(jìn)復(fù)合絕緣子安裝方法

復(fù)合絕緣子安裝過程中的質(zhì)量控制也很關(guān)鍵，其直接影響復(fù)合絕緣子的運(yùn)行。目前線路施工單位在安裝復(fù)合絕緣子時(shí)大多采用單點(diǎn)起吊安裝方式，對(duì)110kV和220kV線路，由于絕緣子串長度不很長，整體剛性較好，起吊過程中受彎彎矩一般很小，不會(huì)有明顯損傷；而500kV線路的復(fù)合絕緣子長度達(dá)4.45m，屬細(xì)長桿結(jié)構(gòu)，單點(diǎn)起吊時(shí)中間彎矩很大，芯棒外面的硅橡膠層有可能因過度受拉而開裂。

4.4 加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行復(fù)合絕緣子的檢測及維護(hù)

加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中的復(fù)合絕緣子的檢測及維護(hù)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)劣化絕緣子，防患于未然。