220kV復(fù)合絕緣子絕緣擊穿事故分析及對(duì)策

王昌幼

(國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 蘇州 215001)

復(fù)合絕緣子以其重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、憎水性強(qiáng)、耐污閃性能好、不測(cè)零值和少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，受到用戶普遍認(rèn)可和好評(píng)，在我國(guó)電氣防污閃工作中起到關(guān)鍵作用。復(fù)合絕緣子分內(nèi)外絕緣子2 部分，外絕緣主要靠硅橡膠傘裙及護(hù)套，內(nèi)絕緣主要依靠芯棒，芯棒同時(shí)也是復(fù)合絕緣子機(jī)械負(fù)荷的承載部件。內(nèi)外絕緣主要通過(guò)密封膠進(jìn)行絕緣密封，早期復(fù)合絕緣子的界面密封均采用密封圈和低溫硫化硅橡膠材料，耐漏電起痕及電蝕損能力差，芯棒材料均采用E 型玻璃纖維普通環(huán)氧樹(shù)脂芯棒，耐酸性能差。近年來(lái)，已發(fā)生多起因復(fù)合絕緣子絕緣擊穿和芯棒脆斷而引起的線路跳閘事故，給電網(wǎng)安全帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

1 概況

2013-12-21 T04:25，220 kV 某線C 相主保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合閘不成功。05:18 強(qiáng)送不成功。故障巡視發(fā)現(xiàn)7 號(hào)直線塔C 相(下相)懸垂串復(fù)合絕緣子擊穿，整支芯棒內(nèi)絕緣擊穿，護(hù)套破損，均壓環(huán)上有放電痕跡；當(dāng)時(shí)天氣情況為中雨。

故障線路于1999-06-15 建成并投運(yùn)，雙回同桿架設(shè)，耐張串采用瓷絕緣子，直線串采用復(fù)合絕緣子。該絕緣子為山東淄博泰光電力器材廠產(chǎn)品，型號(hào)為FXBW-220/100，擠包穿傘結(jié)構(gòu)，已運(yùn)行13.5年。

2 絕緣子檢測(cè)

將故障絕緣子及另一支同廠家同批次在運(yùn)絕緣子送樣檢測(cè)，絕緣子實(shí)驗(yàn)室對(duì)其開(kāi)展了外觀檢查、憎水性檢測(cè)、工頻耐壓試驗(yàn)、陡波沖擊電壓試驗(yàn)、密封性試驗(yàn)以及機(jī)械性能試驗(yàn)。根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析了該批次絕緣子的生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和運(yùn)行性能，查找絕緣子內(nèi)擊穿的原因。

2.1 外觀檢查

2.1.1 故障相絕緣子

故障相絕緣子為擠包穿傘式結(jié)構(gòu)，端部為早期楔式連接工藝，采用室溫硫化硅橡膠密封。事故發(fā)生時(shí)，高壓端密封膠已嚴(yán)重脫落，外露金屬腔表面顏色陳舊；傘裙變硬、發(fā)黑，積污較重，表面因電弧燒灼出現(xiàn)大面積粉化，接地側(cè)尤其嚴(yán)重；絕緣子芯棒從高壓端部密封界面起始，沿軸向形成貫穿性通道，寬約1 ～2 cm，長(zhǎng)度超過(guò)絕緣子全長(zhǎng)的3/4；護(hù)套大部分已與芯棒剝離，少數(shù)擊穿面存在碳化通道和燒黑痕跡；兩端部金具被電弧灼傷嚴(yán)重。故障絕緣子外觀細(xì)節(jié)如圖1，2 所示。

2.1.2 同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子

樣品傘裙及護(hù)套外形完整，無(wú)破損，絕緣子表面有不均勻分布的自然污穢，同樣也出現(xiàn)大面積粉化；端部密封出現(xiàn)輕微縫隙。

2.2 憎水性試驗(yàn)

按照DL/T864—2004《標(biāo)稱(chēng)電壓高于l 000 V交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用導(dǎo)則》要求，對(duì)故障相絕緣子及同批次在運(yùn)絕緣子進(jìn)行憎水性實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該批次復(fù)合絕緣子表面性能下降嚴(yán)重，大部分傘裙已基本喪失憎水性。

圖1 故障絕緣子內(nèi)擊穿通道

圖2 端部密封失效

2.3 工頻耐壓試驗(yàn)

對(duì)同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子進(jìn)行了工頻耐壓試驗(yàn)，結(jié)果合格，如表1 所示。

表1 工頻耐壓試驗(yàn)

2.4 陡波沖擊電壓試驗(yàn)

對(duì)同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子每500 mm 為一段施加陡波沖擊電壓，絕緣子每次放電都在絕緣子外表面出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，試驗(yàn)后檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何異常，所有試驗(yàn)段均順利通過(guò)。這表明同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子護(hù)套與芯棒之間未出現(xiàn)界面問(wèn)題，試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2 陡波沖擊耐受電壓試驗(yàn)

2.5 金屬附件和護(hù)套間界面的滲透性試驗(yàn)

端部密封滲透試驗(yàn)：在70 %額定機(jī)械負(fù)荷下，將同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子高壓端靠近金屬頭的整個(gè)密封面完全浸泡在0.1 %品紅試劑中30 min，將高壓端密封硅橡膠切開(kāi)，檢查結(jié)果為端部輕微滲透，如表3 所示。

表3 金屬附件與護(hù)套間界面滲透性驗(yàn)證試驗(yàn)

2.6 額定機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)

對(duì)同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子進(jìn)行額定機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)，結(jié)果合格，如表4 所示。

表4 額定機(jī)械負(fù)荷試驗(yàn)

3 故障原因分析

根據(jù)對(duì)故障相絕緣子外觀檢查和單支同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子的各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，認(rèn)為該線C 相故障絕緣子運(yùn)行中擊穿的原因與端部密封失效有關(guān)。

由于同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子通過(guò)了陡波沖擊試驗(yàn)，表明絕緣子芯棒和護(hù)套不存在界面問(wèn)題。但該批次絕緣子為擠包穿傘工藝，端部密封采用在室溫下由室溫硫化硅橡膠手工密封完成。由于室溫硫化硅橡膠的抗老化性能不佳，一般會(huì)留有疏松氣孔，在端部金具出現(xiàn)電暈的情況下可能出現(xiàn)過(guò)早劣化的情況，這些缺陷均造成復(fù)合絕緣子運(yùn)行幾年后密封性能降低或失效。剝離同批次在運(yùn)復(fù)合絕緣子高壓端靠近金屬附件的護(hù)套硅橡膠，金屬腔表面呈現(xiàn)粗糙氧化狀態(tài)，且存在積灰，這說(shuō)明有空氣進(jìn)入密封層，即該批次絕緣子經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，端部密封效果已經(jīng)變差。在陰雨天氣下，潮氣很容易通過(guò)失效的端部密封浸入芯棒與金具、護(hù)套界面。本次故障絕緣子恰好處于桿塔下相，端部出現(xiàn)氣隙后，雨水容易滲入并積存，潮氣沿端部芯棒的界面或缺陷進(jìn)入絕緣子內(nèi)部，緩慢向上發(fā)展，導(dǎo)致芯棒腐蝕，機(jī)械強(qiáng)度下降。由于絕緣子表面憎水性已嚴(yán)重下降，在故障發(fā)生時(shí)，降雨使得絕緣子外絕緣表面形成導(dǎo)電性通道，加上內(nèi)部存在絕緣缺陷，導(dǎo)致內(nèi)部絕緣擊穿，發(fā)生閃絡(luò)。芯棒在大電流和機(jī)械拉力同時(shí)作用下出現(xiàn)開(kāi)裂。

4 幾點(diǎn)建議

鑒于復(fù)合絕緣子界面較多，存在界面缺陷隱患較大，早期密封工藝多采用硅橡膠材料室溫硫化技術(shù)，造成復(fù)合絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)密封失效問(wèn)題，應(yīng)予以重視。

復(fù)合絕緣子經(jīng)過(guò)了幾代產(chǎn)品的發(fā)展，在界面密封、壓接方式、材料配方等方面已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，逐漸成熟。目前在運(yùn)的早期國(guó)內(nèi)外復(fù)合絕緣子，因其材料和工藝技術(shù)落后，是線路運(yùn)行需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。通過(guò)對(duì)220 kV 復(fù)合絕緣子絕緣擊穿事故的分析，給出以下幾點(diǎn)建議:

(1)盡早用新一代復(fù)合絕緣子替換運(yùn)行多年的早期復(fù)合絕緣子，消除輸電線路隱患;

(2)早期國(guó)外復(fù)合絕緣子護(hù)套厚度較薄，密封膠多采用室溫硫化硅橡膠材料，密封性能差，存在安全隱患，建議加強(qiáng)對(duì)該類(lèi)復(fù)合絕緣子的抽檢試驗(yàn);

(3)建議加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行已超過(guò)10年的復(fù)合絕緣子的排查，加強(qiáng)紅外跟蹤檢測(cè)，對(duì)存在內(nèi)部發(fā)熱缺陷的絕緣子及時(shí)進(jìn)行更換。

1 劉 洋，劉貞瑤，周志成，等．500 kV 進(jìn)口合成絕緣子芯棒脆斷原因分析及對(duì)策[J]．江蘇機(jī)電工程，2011(2).

2 DL/T864—2004 標(biāo)稱(chēng)電壓高于l 000 V 交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用導(dǎo)則[S]．北京：中國(guó)電力出版社，2004.

3 裴升文，支紅強(qiáng)．一起復(fù)合絕緣子污閃事故的原因分析及防范[J]．電力安全技術(shù)，2011(1).