云南電網(wǎng)輸電線路玻璃絕緣子掉串分析與探討

申元，徐肖偉

(云南電網(wǎng)有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217)

0 前言

自鋼化玻璃絕緣子(以下簡稱玻璃絕緣子)投入電網(wǎng)使用以來，對彌補瓷質(zhì)絕緣子內(nèi)絕緣缺陷不易檢出的不足，降低掉串率，減輕巡線工作量，保障輸電線路安全穩(wěn)定運行發(fā)揮了重要作用，但因玻璃絕緣子引起的線路故障仍時有發(fā)生，某輸電線路跳閘事件，當時環(huán)境為雷雨天氣，經(jīng)現(xiàn)場巡線發(fā)現(xiàn)為該線路某玻璃絕緣子遭受雷擊閃絡，并且發(fā)生掉串事件，為了查明玻璃絕緣子掉串的原因，以下從理論和試驗兩方面進行分析。

1 玻璃絕緣子掉串原因分析

1.1 機械方面的原因

1)玻璃絕緣子是由玻璃件、鋼帽、鋼腳通過水泥膠合劑粘合而成，隨著運行時間的增長，若任一部分出現(xiàn)劣化，將導致玻璃絕緣子整體機械性能的下降，從而可能出現(xiàn)掉串事件。［9－11］

2)玻璃絕緣子出現(xiàn)因外力破壞或內(nèi)絕緣降低而發(fā)生的傘裙自爆后，若留下的玻璃絕緣子殘錘強度不夠，或玻璃絕緣子串聯(lián)接金具安裝不當或受損老化，也可能造成掉串事故。

1.2 電氣方面的原因

在正常情況下，玻璃絕緣子傘裙未自爆時，玻璃絕緣子鋼帽內(nèi)部內(nèi)絕緣水平遠大于其外絕緣水平，玻璃絕緣子閃絡時，電流弧道建立在絕緣子鋼帽、傘裙、鋼腳之間的沿面或空氣間隙，屬外絕緣擊穿;當玻璃絕緣子內(nèi)絕緣出現(xiàn)劣化時，因為其具有“零值自爆”的特點，玻璃絕緣子傘裙會產(chǎn)生自爆，減少了外絕緣的閃絡通道距離，電流的通道一般是從鋼帽邊緣和鋼腳桿徑之間直接拉弧，從一定程度上降低了閃絡時電流弧道從鋼帽內(nèi)部經(jīng)過的幾率，但是從理論上分析，玻璃絕緣子一旦自爆，其鋼帽內(nèi)部的絕緣可能會大大降低，當內(nèi)絕緣水平小于或和外絕緣水平相差不多時，電弧通道就有可能從玻璃絕緣子鋼帽內(nèi)部經(jīng)過，一旦短路電流較大時，其在鋼帽內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱能，使內(nèi)部溫度急劇上升，導致鐵帽炸裂或鋼腳抽芯，從而發(fā)生掉串事件。［12－15］

2 試驗驗證與分析

2.1 外觀檢查

對掉串玻璃絕緣子進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)其鋼帽內(nèi)外側(cè)、埋在玻璃件里的鋼腳均有電弧灼燒痕跡，而暴露在玻璃件外側(cè)的鋼腳無電蝕痕跡，鋼帽內(nèi)部玻璃件和水泥膠合劑全部脫落，傘裙破裂。初步判斷，有大電流從玻璃絕緣子鋼帽內(nèi)部經(jīng)過，且產(chǎn)生了一定的熱灼傷。

2.2 玻璃絕緣子機械性能分析

為了檢驗同型號同批次玻璃絕緣子的機械性能，分析該玻璃絕緣子串因機械性能不足導致的掉串可能性，對其開展了機械破壞負荷試驗和殘余強度試驗，從試驗的數(shù)據(jù)來看，同型號同批次絕緣子機械性能滿足相關(guān)規(guī)程的要求［2，5］，試驗合格。

另外從現(xiàn)場巡視記錄未發(fā)現(xiàn)故障絕緣子串聯(lián)接金具安裝不當或受損老化情況，因此可以基本排除此次機械方面的因素導致掉串的可能。

2.3 電氣試驗［1－8］

1)對玻璃絕緣子的陡波沖擊電壓試驗，為了考察同型號同批次玻璃絕緣子內(nèi)絕緣性能，進行了陡波沖擊電壓試驗，典型沖擊電壓波形如圖1 所示。

從陡波沖擊電壓試驗可以證明:同型號同批次玻璃絕緣子滿足相關(guān)規(guī)程［7］要求，在具有完好傘裙情況下，其內(nèi)絕緣性能合格。

圖1 玻璃絕緣子陡波沖擊電壓波形

2)對玻璃絕緣子殘錘做雷電沖擊閃絡路徑試驗，對干燥情況下的殘錘和潮濕情況下的殘錘進行了雷電沖擊閃絡路徑和絕緣電阻試驗。

雷電沖擊殘錘放電路徑試驗前先進行絕緣電阻試驗，然后將殘錘與其它同型號完整絕緣子進行組裝，殘錘位置于絕緣子串的中部，將絕緣子串與模擬導線組裝，進行雷電沖擊試驗，通過高速照相機拍攝雷電沖擊在殘錘處的放電路徑，最后再進行絕緣電阻試驗。雷電沖擊殘錘放電路徑試驗的電路原理圖如圖2 所示:

圖2 雷電沖擊殘錘放電路徑試驗電路原理圖

從玻璃絕緣子殘錘的雷電沖擊放電路徑試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，干燥殘錘與潮濕殘錘在雷電沖擊放電路徑上表現(xiàn)不同:干燥殘錘放電路徑在鋼帽底部沿面中間部位和鋼腳部位都有明顯的放電點，而潮濕殘錘放電路徑的放電點集中在鋼腳部位或沒有明顯的放電點，且放電點的形態(tài)與干燥殘錘的放電點也有不同;從試驗前后的絕緣電阻數(shù)據(jù)來看，干燥殘錘試驗前后絕緣電阻變化不大，潮濕殘錘試驗后絕緣電阻明顯增大，初步判斷應為雷電流從內(nèi)部流過產(chǎn)生的熱效應造成，從干燥殘錘和潮濕殘錘絕緣電阻試驗前后的絕緣電阻的不同變化亦能看出其放電路徑的不同。

3 結(jié)束語

1)從陡波沖擊試驗可以判斷，帶傘裙的玻璃絕緣子內(nèi)絕緣強度遠大于外絕緣，閃絡路徑在外絕緣，帶傘裙的玻璃絕緣子在遭受雷擊后不會直接產(chǎn)生掉串.

2)從干燥和潮濕殘錘的雷電沖擊放電路徑試驗及前后絕緣電阻測試判斷，潮濕到一定程度的殘錘的絕緣強度已經(jīng)低于空氣外絕緣強度，在遭受雷電沖擊作用時，其放電路徑有一定幾率發(fā)生在內(nèi)絕緣，將會導致閃絡電弧和工頻續(xù)弧經(jīng)過絕緣子鋼帽內(nèi)部，其產(chǎn)生的高熱使鋼帽內(nèi)部發(fā)生熱膨脹融化，造成鋼腳脫出，引發(fā)掉串事件。

3)玻璃絕緣子內(nèi)絕緣降低是發(fā)生掉串的必要條件。

［1］GB/T16927.1－2011《高電壓試驗技術(shù) 第1 部分:一般定義及試驗要求》［S］.

［2］GB/T1001.1－2003《標稱電壓高于1000V 的架空線路絕緣子第1 部分:交流系統(tǒng)用瓷或玻璃絕緣子元件—定義、試驗方法和判定準則》［S］.

［4］GB/T 25084－2010《標稱電壓高于1000V 的架空線路 用絕緣子串和絕緣子串組交流工頻電弧試驗》［S］.

［5］GB/T 22709－2008《架空線路玻璃或瓷絕緣子串 元件 絕緣體破損后的殘余強度》［S］.

［6］GB/T1001.1－2003 標稱電壓高于1000V 的架空線路用絕緣子第一部分:交流系統(tǒng)用瓷或玻璃絕緣子原件——定義、試驗方法和判斷準則［S］.

［7］DL/T557－2005 高壓線路絕緣子空氣中沖擊擊穿試驗——定義、試驗方法和判據(jù)［S］.

［8］DL/T812－2002《標稱電壓高于1000V 架空輸電新路絕緣子串工頻電弧試驗方法》［S］.

［9］宿志一.電網(wǎng)運行中絕緣子的損壞原因及檢測［J］.電力設備.2005 (6):10－13.

［10］吳光亞.我國絕緣子的發(fā)展現(xiàn)狀及應考慮的問題［J］.電瓷避雷器.2010 (2):7－11.

［11］孫澤惠.玻璃絕緣子不易引起掉線的原因分析［J］.電瓷避雷器.2000 (4):18－20.

［12］顧洪連.輸電線路絕緣子掉串事故的原因分析［J］.電力建設.2002 (2):30－31.

［13］唐倍.國產(chǎn)玻璃絕緣子運行特性的研究［J］.高電壓技術(shù).2003 (2):23－24.

［14］吳艷紅.運行30～40 年后玻璃絕緣子壽命周期的性能測試［J］.電瓷避雷器.2007 (1):16－23.

［15］崔超群.玻璃絕緣子耐雷擊閃絡和工頻電弧性能試驗研究［J］.電瓷避雷器.2005 (4):8－14.