水平安裝支柱瓷絕緣子斷裂故障及彎曲負(fù)荷分析

韋曉星,孫 勇，陳如龍，呂 剛，李 東，瞿少君

（1.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣州510663；2.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，廣州510663；3.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司貴陽局，貴陽550003）

水平安裝支柱瓷絕緣子斷裂故障及彎曲負(fù)荷分析

韋曉星1,孫 勇2，陳如龍3，呂 剛3，李 東3，瞿少君3

（1.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司檢修試驗(yàn)中心，廣州510663；2.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司，廣州510663；3.中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司貴陽局，貴陽550003）

由于運(yùn)行環(huán)境惡劣，管型母線用瓷支柱絕緣子斷裂事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行。介紹了一起500 kV變電站35 kV融冰管母戶外瓷支柱絕緣子發(fā)生 “多米諾骨牌”式斷裂，導(dǎo)致管母大面積脫落的事故。現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，融冰管母支柱絕緣子為水平安裝方式，B、C相絕緣子全部斷裂，管母脫落，A相1只絕緣子斷裂，管母未脫落。隨機(jī)抽檢A相未斷裂的4支柱絕緣子的抗彎曲負(fù)荷強(qiáng)度，分別為7.96 kN、10.89 kN、9.72 kN和10.89 kN，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求12 kN。另外，瓷支柱絕緣子存在無露砂、無膠裝緩沖層、水泥膠合劑有大氣孔以及法蘭鑄鐵強(qiáng)度低等質(zhì)量問題是造成管母大面積脫落的主要原因之一。計(jì)算分析了不同工況下水平安裝支柱絕緣子的抗彎曲負(fù)荷。計(jì)算結(jié)果表明：水平安裝對支柱絕緣子的抗彎曲負(fù)荷要求高，12 kN的抗彎曲負(fù)荷設(shè)計(jì)要求無法滿足 “N-1” （1個(gè)支柱絕緣子斷裂）故障情況下的應(yīng)力要求，建議選用支柱絕緣子垂直安裝的方式。

支柱瓷絕緣子；斷裂；抗彎曲負(fù)荷；水平安裝； “N-1”故障

0 引言

近年來，極端氣候的出現(xiàn)使電力系統(tǒng)覆冰問題引起了廣泛的關(guān)注，尤其是2008年湖南、貴州地區(qū)出現(xiàn)的冰災(zāi)，造成了重大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)損失[1－2]。針對輸電導(dǎo)線除冰，直流融冰技術(shù)已被證實(shí)具有顯著的融冰效果，并在國內(nèi)多個(gè)覆冰地區(qū)線路得到了良好的應(yīng)用[3－8]。因此，大部分覆冰嚴(yán)重地區(qū)變電站多裝設(shè)融冰裝置加以應(yīng)對。2015年，貴州地區(qū)某500 kV變電站直流融冰管母發(fā)生2相脫落事故，起對應(yīng)相管母支撐作用的35 kV瓷支柱絕緣子全部斷裂或脫落。

調(diào)研表明，戶外瓷支柱絕緣子斷裂事故時(shí)有發(fā)生。1996—2001年，國家電力公司系統(tǒng)66～500 kV變電站母線、隔離開關(guān)等運(yùn)行設(shè)備支柱瓷絕緣子發(fā)生斷裂或裂紋事故共388起，其中涉及管型母線的占13.9%[9]。河南電網(wǎng)漯河英章220 kV變電站1998—2001年，出現(xiàn)9次母線支柱或刀閘支柱絕緣子斷裂事故[10]，1999年和2008年，兩220 kV變電站因大風(fēng)天氣造成支柱絕緣子斷裂，管母脫落[11－12]。1999—2004年，山東電網(wǎng)濰坊、萊蕪、濟(jì)南和煙臺(tái)等地共發(fā)生7起戶外瓷絕緣子折斷事故[13]。2007年，東北電網(wǎng)遼寧省葫蘆島、沈陽、本溪供電局均出現(xiàn)了220 kV隔離開關(guān)操作過程中瓷支柱絕緣子斷裂事故[14]。以上統(tǒng)計(jì)表明，早期普通瓷支柱絕緣子因?yàn)楣に嚶浜?，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量管理不嚴(yán)格，易出現(xiàn)缺陷，導(dǎo)致斷裂。近年來雖然仍有支柱絕緣子斷裂事故出現(xiàn)[15－17]，但頻次已大大降低。

造成支柱絕緣子斷裂的原因主要有絕緣子制造工藝質(zhì)量問題、設(shè)計(jì)強(qiáng)度裕度不足、安裝和調(diào)試不到位以及運(yùn)行檢修環(huán)節(jié)中存在不當(dāng)操作等。根據(jù)國家電力公司發(fā)輸電運(yùn)營部的調(diào)查，產(chǎn)品制造工藝及質(zhì)量問題占52.7%[9]。典型的質(zhì)量問題主要包括：1）斷裂面有黃芯[18]；2）瓷質(zhì)粗糙，斷裂面上有黑點(diǎn)、斑點(diǎn)、青邊、開裂和氣孔夾層[17，19]；3）水泥膠裝不實(shí)，有間隙、孔洞缺陷，偏心膠裝以及膠合部位瓷件缺砂、堆砂等[15，20]；4）絕緣子直線度、同軸度和平行度偏差過大，造成絕緣子安裝后長期受到額外彎矩作用。其次，管母安裝過程中選用金具不當(dāng)以及調(diào)試不到位造成的支柱絕緣子斷裂也較常見[11－12，21－22]。 另外，檢修維護(hù)不到位致使設(shè)備出現(xiàn)銹蝕、卡澀、抱死，操作不正確產(chǎn)生的短時(shí)大負(fù)荷等造成的絕緣子斷裂事故也占較大的比例[9，18]。

筆者主要介紹了貴州某500 kV變電站融冰管母瓷支柱絕緣子的斷裂情況，分別計(jì)算了水平安裝支柱絕緣子在正常運(yùn)行、覆冰、大風(fēng)等工況下的彎曲負(fù)荷，并比較了管母中部和端部發(fā)生一個(gè)絕緣子斷裂時(shí)的彎曲負(fù)荷，計(jì)算分析結(jié)果可為實(shí)際工程實(shí)際提供指導(dǎo)。

1 事故經(jīng)過

2015年8月，貴州某500 kV變電站11.2 kV融冰管母B、C相支柱絕緣子從根部斷裂，B、C相管母整體墜落，A相3只絕緣子變形，1只斷裂。損壞母線長度2相共計(jì)1 047 m，母線掉落后有明顯的彎曲變形和碰撞痕跡，大部分母線與金具連接處有刮痕。融冰母線上的4組地刀 B、C相連接線均損壞，7支地刀絕緣子損壞，1組地刀機(jī)構(gòu)受損。故障發(fā)生時(shí)，當(dāng)?shù)靥鞖馇缋?、無風(fēng)，融冰管母未帶電運(yùn)行?，F(xiàn)場支柱絕緣子斷裂和融冰管母脫落情況見圖1。

圖1 支柱絕緣子斷裂和融冰管母脫落Fig.1 Fracture of the station post insulators and falling of the melting tubular bus

融冰管母于2011年12月投產(chǎn)，母線型號為φ170/154（鋁鎂硅系6063），管母中阻尼線型號為LGJ－400/25；支柱絕緣子型號為 ZSW1.1－40.5/12，水平安裝（見圖2），額定彎曲負(fù)荷為12 kN；固定金具型號：MGG－170C/φ140（φ4－14）。 經(jīng)故障現(xiàn)場勘查，支柱絕緣子均從根部發(fā)生斷裂，表明支柱絕緣子承受機(jī)械彎曲負(fù)荷已超過其實(shí)際負(fù)荷。下文將從支柱絕緣子的質(zhì)量分析和實(shí)際彎曲負(fù)荷計(jì)算著手，分析此次事故的主要原因。

圖2 融冰管母安裝示意圖Fig.2 Installation diagram of the melting tubular bus

2 瓷支柱絕緣子缺陷

2.1 實(shí)際彎曲破壞負(fù)荷

從融冰管母A相上未脫落的絕緣子取4只絕緣子，測試絕緣子的實(shí)際彎曲破壞負(fù)荷，分別為7.96 kN、10.89 kN、9.72 kN和10.89 kN，均不滿足設(shè)計(jì)要求值 12 kN，見表1。

表1 抽檢絕緣子實(shí)際抗彎曲負(fù)荷Table 1 Blending strength of selected station post insulators

2.2 質(zhì)量缺陷

通過對現(xiàn)場絕緣子和抽檢絕緣子斷裂面的分析，絕緣子主要存在以下問題。

1）斷裂面有黃芯。黃芯是由于制造過程中胚料未被充還原或還原后重新被氧化而形成的缺陷，如圖3（a）所示，將直接導(dǎo)致瓷質(zhì)結(jié)構(gòu)松弛，瓷件機(jī)械系能和電氣性能指標(biāo)下降，縮短產(chǎn)品的使用壽命[18]。

2）無瀝青緩沖層（如圖3（b））。瀝青緩沖層有利于降低溫度導(dǎo)致的內(nèi)應(yīng)力作用和局部應(yīng)力集中，現(xiàn)場勘查表明，斷裂絕緣子均無瀝青緩沖層。

3）無露砂或露砂不足。上砂可增加瓷件與法蘭粘接的附著力，緩解膠裝部位局部應(yīng)力的集中。如圖3（c）所示，部分?jǐn)嗔呀^緣子無漏砂或露砂不足。

圖3 支柱絕緣子質(zhì)量缺陷Fig.3 Quality defects of station post insulators

4）水泥膠裝偏心。如圖3（d）所示，抽檢絕緣子由于法蘭內(nèi)水泥膠裝層厚薄不均，其差值最大達(dá)到15 mm。膠裝偏心首先會(huì)造成應(yīng)力分布不均，其次與支柱絕緣子的安裝準(zhǔn)確度存在較大關(guān)聯(lián)性。根據(jù)GB 8287.1的規(guī)定[23]，支柱絕緣子上、下安裝孔中心圓軸線間的最大偏移應(yīng)不超過±0.5 mm。

5）異常氣孔。根據(jù)JB/T 4307規(guī)定[24]，水泥膠合劑“異常氣孔數(shù)（5 mm＜d＜8 mm）不多于 1 個(gè)”，但抽檢絕緣子的異常氣孔數(shù)多于1個(gè)，不滿足水泥膠合劑的最低要求。

此外，由于該批絕緣子金具采用的是普通灰鑄鐵，致使抽檢絕緣子在做扭轉(zhuǎn)破壞負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)上法蘭金具先于瓷件開裂的情況，如圖3（f）所示。目前國內(nèi)市場上主流的支柱絕緣子金具法蘭均采用球墨鑄鐵材質(zhì)，有效彌補(bǔ)灰鑄鐵法蘭機(jī)械強(qiáng)度不足的缺點(diǎn)。

3 支柱絕緣子彎曲負(fù)荷計(jì)算

由于無法確定融冰管母的脫落起始點(diǎn)，筆者從以下兩種情況分析支柱絕緣子的受力情況：1）無故障條件，即無絕緣子發(fā)生斷裂；2）“N－1”故障，即任一支柱絕緣子發(fā)生斷裂的情況。“N－1”故障存在以下兩種情況，①管母中部任一絕緣子發(fā)生斷裂；②管母端部絕緣子發(fā)生斷裂，即No.1或No.n絕緣子發(fā)生斷裂。支柱絕緣子編號見圖4。計(jì)算的已知條件見表2。

圖4 支柱絕緣子編號Fig.4 Number of station post insulators

表2 計(jì)算參數(shù)Table 2 Computing parameters

依據(jù)DL/T5222—2005，水平安裝絕緣子彎曲破壞負(fù)荷修正值F′ph（單位kN）可按照下式換算：

式中：P為絕緣子自重，單位kg，即P=mig；H為絕緣子本體高度，單位mm，即H=L1；H′為水平安裝時(shí)絕緣子中心至瓷瓶危險(xiǎn)斷裂面的距離，單位cm，位于瓷瓶根部；Fph為支柱絕緣子豎直安裝時(shí)的抗彎破壞負(fù)荷，單位kN。則支柱絕緣子斷裂面能夠承受的額定彎曲負(fù)荷力矩Mr（單位N·m，簡稱彎矩）為

3.1 無斷裂情況

3.1.1 正常無電流工況

管母中部的絕緣子斷裂面承受的彎矩Mm1（單位 N·m）為

管母端部的絕緣子斷裂面承受的彎矩Ms1（單位N·m）為

3.1.2 正常運(yùn)行工況

根據(jù)規(guī)范DL/T5222-21.0.5，將作用在母線上的電動(dòng)力對絕緣子產(chǎn)生的彎矩，管母中部和端部的絕緣子斷裂面電動(dòng)力彎矩分別為Mme和Mse（單位N·m）

式中：L表示導(dǎo)線長度，m；i1，i2分別是相鄰導(dǎo)線的電流，均按最大通流計(jì)算，i1=i2=4 500 A。則正常運(yùn)行工況下，管母中部和端部的絕緣子斷裂面承受的彎矩Mm1-elctr、Ms1-elctr（單位 N·m）分別為

3.1.3 覆冰工況

單位長度管母覆冰后的質(zhì)量mice（單位kg/m）為

則覆冰后，管母中部和端部絕緣子承受的彎曲負(fù)荷力矩 Mm1-ice、Ms1-ice（單位 N·m）分別為

式（10）和式（11）中并未考慮絕緣子上覆冰的情況。

3.1.4 最大風(fēng)速工況

管母風(fēng)壓Fb-wind（單位kg/m）為

式中：風(fēng)速不均勻系數(shù)α=1；風(fēng)載體形系數(shù)K1取1.2；Db為管母直徑D=2r，單位m。支柱絕緣子本身風(fēng)壓折算至頂部的風(fēng)壓Fi-wind（單位kg）可表示為

式中，Di為絕緣子的等效直徑，約為0.2 m。以風(fēng)壓45°偏角計(jì)算，最大風(fēng)速下，管母中部和端部絕緣子斷裂面承受的風(fēng)壓彎矩 Mm1-wind、Ms1-wind（單位 N·m）分別為

則在最大風(fēng)速25 m/s下，管母中部和端部絕緣子斷裂面承受的總彎矩 Mm1-wind25、Ms1-wind25（單位 N·m）分別為

3.1.5 15 m/s風(fēng)速下覆冰工況

忽略覆冰厚度對管母直徑變化等影響，則在15 m/s風(fēng)速覆冰工況下，管母中部和端部絕緣子斷裂面承受的總彎矩Mm1-windice、Ms1-windice（單位N·m）分別為

3.2 “N-1”故障情況

3.2.1 正常無電流工況

當(dāng)支柱絕緣子在管母中部發(fā)生斷裂，與支架脫離時(shí)，其相鄰支架將分擔(dān)其所承受彎曲負(fù)荷力矩。如圖5所示，若第n節(jié)支柱絕緣子從根部斷裂，但斷裂絕緣子、金具及引下線仍懸掛于管母上，則第n±1節(jié)支架上管母的等價(jià)質(zhì)量mE1（單位kg）為

那么，第n±1節(jié)支架上支柱絕緣子斷裂面承受的彎曲負(fù)荷力矩 Mm2（單位 N·m）為

若第1節(jié)支柱絕緣子從根部斷裂，但斷裂絕緣子、金具及引下線仍懸掛于管母上，則第2節(jié)支架上管母的等價(jià)質(zhì)量mE2（單位kg）為

那么，第2節(jié)支架上支柱絕緣子斷裂面承受的彎曲負(fù)荷力矩 Ms2（單位 N·m）為

3.2.2 正常運(yùn)行工況

第n±1節(jié)支架上和第2節(jié)支柱絕緣子斷裂面承受的電動(dòng)力彎矩分別為

則正常運(yùn)行工況下，管母中部和端部的絕緣子斷裂面承受的彎矩 Mm2-elctr、Ms2-elctr（單位 N·m）分別為

3.2.3 覆冰工況

覆冰后，第n±1節(jié)支架上和第2節(jié)支柱絕緣子斷裂面承受的彎矩 Mm2-ice、Msr-ice（單位 N·m）分別為

3.2.4 最大風(fēng)速工況

“N-1”故障情況下，無論是端部或中部1只支柱絕緣子斷裂，相鄰絕緣子的總風(fēng)壓Mms-wind（單位N·m）均為

則最大風(fēng)速下，第n±1節(jié)支架上和第2節(jié)支柱絕緣子斷裂面承受的彎矩Mm2-wind25、Ms2-wind25（單位N·m）分別為

3.2.5 風(fēng)速15 m/s下覆冰工況

忽略覆冰厚度對管母直徑變化等影響，則在15 m/s風(fēng)速覆冰工況下，第n±1節(jié)支架上和第2節(jié)支柱絕緣子斷裂面承受的總彎矩Mm2-windice、Ms2-windice（單位 N·m）分別為

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

將已知條件代入式（1）—（33），無故障和“N-1”故障情況下，支柱絕緣子的彎曲負(fù)荷彎矩如表2所示。根據(jù)DL/T 5222—2005的規(guī)定，支持絕緣子應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件和不同受力情況進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，載荷長期作用時(shí)安全系數(shù)不低于2.5。安全系數(shù)n可表示為

式中，M為不同工況下支柱絕緣子斷裂面承受的彎矩，單位 N·m。

由表3可知，無支柱絕緣子斷裂時(shí)，管母端部絕緣子的彎矩要小于管母中部絕緣子的彎矩。若支柱絕緣子達(dá)到額定的抗彎曲負(fù)荷強(qiáng)度12 kN，則在正常不帶電、正常帶電、覆冰、最大風(fēng)速為25 m/s狀態(tài)下均滿足安全系數(shù)不小于2.5的要求；若支柱絕緣子的實(shí)際彎曲負(fù)荷強(qiáng)度為7.96 kN，管母中部支柱絕緣子在覆冰、大風(fēng)條件下不滿足安全裕度要求，在正常帶電運(yùn)行時(shí)也僅勉強(qiáng)滿足。

若發(fā)生“N-1”故障，管母端部斷裂絕緣子后，相鄰絕緣子承受的彎曲負(fù)荷比管母中部斷裂絕緣子的情況要嚴(yán)重。若選用額定彎曲負(fù)荷為12 kN的支柱絕緣子，除正常不帶電和運(yùn)行條件下滿足安全系數(shù)不小于2.5的要求，其他情況均不滿足。特別地，若管母端部支柱絕緣子發(fā)生斷裂，相鄰支柱絕緣子的彎矩在本文的5種工況下均不滿足要求。若支柱絕緣子的實(shí)際彎曲負(fù)荷強(qiáng)度為7.96 kN，無論是管母中部還是端部的絕緣子發(fā)生斷裂，相鄰絕緣子的安全系數(shù)均未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求；甚至在覆冰、大風(fēng)等工況下，絕緣子的抗彎強(qiáng)度已接近或等于額定彎曲強(qiáng)度，基本喪失了安全裕度。

表3 支柱絕緣子受力分析結(jié)果Table 3 Mechanical analysis results of station post insulators

4 分析與討論

以上計(jì)算結(jié)果表明，水平安裝對支柱絕緣子的抗彎曲負(fù)荷要求較高，無故障條件下，管母中部絕緣子承受的彎曲負(fù)荷較大；“N-1”故障條件下，管母端部絕緣子更易發(fā)生斷裂的危險(xiǎn)。若絕緣子由于質(zhì)量問題參差不齊，致使部分絕緣子抗彎強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，則極有可能導(dǎo)致絕緣子的斷裂。盡管從A相隨機(jī)取下的4只抽檢絕緣子最小的實(shí)際抗彎強(qiáng)度為7.96 kN，但是不排除其他絕緣子的實(shí)際抗彎強(qiáng)度低于7.96 kN，甚至低于正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)當(dāng)承受的彎曲負(fù)荷。此次事故中，A相管母并未脫落，但其中一只絕緣子發(fā)生斷裂，如圖5所示。因此，設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)提高水平安裝支柱絕緣子的安全裕度，充分考慮“N-1”故障條件下的管母狀態(tài)，避免發(fā)生“多米諾骨牌”式斷裂故障。

圖5 A相脫落的支柱絕緣子Fig.5 The falling insulator from Phase A

另外，盡管采用水平安裝支柱絕緣子支撐管型母線在國內(nèi)也有成熟應(yīng)用，但考慮到對支柱絕緣子的受力情況，在安全距離滿足要求的情況下建議采用支柱絕緣子垂直安裝的方式。采用類似第3節(jié)（支柱絕緣子彎曲負(fù)荷計(jì)算）的計(jì)算方法，垂直安裝支柱絕緣子在正常運(yùn)行條件下和“N-1”故障條件下的彎曲負(fù)荷分別為0.57 kN和1.24 kN，相比水平安裝方式，垂直安裝方式的支柱絕緣子承受的彎曲載荷大大減小。此外，盡管國內(nèi)也發(fā)生過垂直安裝支柱絕緣子斷裂事故，但大多發(fā)生在需要頻繁扭轉(zhuǎn)操作的隔離開關(guān)等設(shè)備[19，25-28]上。因此，實(shí)際工程中，在安全距離滿足要求情況下，建議在上采用支柱絕緣子垂直安裝的形式。

5 結(jié)論

介紹了一起500 kV變電站35 kV融冰管母戶外瓷支柱絕緣子發(fā)生“多米諾骨牌”式斷裂導(dǎo)致管母大面積脫落的事故，通過斷裂絕緣子的現(xiàn)場勘查和受力分析計(jì)算，得出以下主要結(jié)論：

1）絕緣子存在斷裂面中心有黃芯、無瀝青緩沖層、無露砂或露砂不足、水泥膠裝偏心和異常大氣孔等質(zhì)量缺陷，致使抽檢抗彎曲負(fù)荷不滿足設(shè)計(jì)值，安全裕度較小。

2）無絕緣子斷裂情況下，管母中部支柱絕緣子在覆冰、大風(fēng)條件下承受較大彎曲負(fù)荷；“N-1”故障條件下，管母端部斷裂絕緣子后，相鄰絕緣子承受的彎曲負(fù)荷比管母中部斷裂絕緣子情況嚴(yán)重，應(yīng)提高管母端部支柱絕緣子的額定抗彎曲負(fù)荷。

3）實(shí)際工程中，管母支撐絕緣子應(yīng)考慮“N-1”情況下的負(fù)荷設(shè)計(jì)，并建議選用垂直安裝的方式，以減少復(fù)雜工況下支柱絕緣子承受的彎曲負(fù)荷。

[1]張文亮，于永清，宿志一，等.湖南電網(wǎng)2008年冰雪災(zāi)害調(diào)研分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（8）：1-5.ZHANG Wenliang，YU Yongqing，SU Zhiyi，et al.Investigation and analysis of icing and snowing disaster happened in Hunan power Grld in 2008[J].Power System Technology，2008，32（8）：1-5.

[2]李慶峰，范崢，吳穹，等.全國輸電線路覆冰情況調(diào)研及事故分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（9）：33-36.LI Qingfeng，F(xiàn)AN Zheng，WU Qiong，et al.Investigation of ice-covered transmission lines and analysis on transmission line failures caused by ice-coating in China[J].Power System Technology，2008，32（9）：33-36.

[3]傅闖，許樹楷，饒宏，等.交流輸電系統(tǒng)直流融冰裝置設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2013，39（3）：705-711.FU Chuang，XU Shujie，RAO Hong，et al.Design and application of DC deicer for AC transmission system[J].High Voltage Engineering，2013，39（3）：705-711.

[4]饒宏，傅闖，朱功輝，等.南方電網(wǎng)直流融冰技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2（6）：7-12.RAO Hong，F(xiàn)U Chuang，ZHU Gonghui，et al.Research&application of DC-based deicing technology in CSG[J].Southern Power System Technology，2008，2（6）：7-12.

[5]陸佳政，李波，張紅先，等.新型交直流融冰裝置在湖南電網(wǎng)的應(yīng)用[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2009，3（4）：77-79.LU Jiazheng，LI Bo，ZHANG Hongxian，et al.Application of new-type AC and DC De-icers in Hunan power grid[J].Southern Power System Technology，2009，3（4）：77-79.

[6]傅闖，饒宏，黎小林，等.直流融冰裝置的研制與應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（11）：53-56.FU Chuang，RAO Hong，LI Xiaolin，et al.Development and application of DC deicer[J].Automation of Electric Power Systems，2009，33（11）：53-56.

[7]PETER Z，F(xiàn)ARZANEH M，KISS L I.Assessment of the current intensity for preventing ice accretion on overhead con-ductors[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2007，22（1）：565-574.

[8]FARZANEH M.Ice accretions on high-voltage conductors and insulators and related phenomena[J].Philosophi-Cal Transactions of the Royal Society of London Series AMathematical Physical and Engineering Sciences，2000，358（1776）：2971-3005.

[9]國家電力公司.高壓支柱瓷絕緣子事故調(diào)查分析及預(yù)防措施[J].電力設(shè)備，2002（4）：32-37.

[10]韓晉平，程郁，軒剛毅，等.220 kV支柱絕緣子斷裂原因分析及對策[J].高電壓技術(shù)，2005，31（4）：88-89.HAN Jinping，CHENG Yu，XUAN Gangyi，et al.Analysis of broken fault of 220 kV insulator and countermeasures in yinzhang substation[J].High Voltage Engineering，2005，31（4）：88-89.

[11]盧明，張健壯，閻東.安裝不當(dāng)導(dǎo)致支柱絕緣子斷裂的原因分析[J].電瓷避雷器，2009（2）：10-13.LU Ming，ZHANG Jianzhuang，YAN Dong.Analysis of the reasons for post insulator fault resulting from improper installation[J].Insulators and Surge Arresters，2009（2）：10-13.

[12]盧明，張健壯，閻東.安裝不當(dāng)導(dǎo)致支柱絕緣子斷裂的原因分析[J].電瓷避雷器，2009（2）：10-13.LU Ming，ZHANG Jianzhuang，YAN Dong.Analysis of the reasons for post insulator fault resulting from improper installation[J].Insulators and Surge Arresters，2009（2）：10-13.

[13]雍軍，沈慶河，胡曉黎，等.淺析山東電網(wǎng)高壓支柱瓷絕緣子斷裂原因[J].高電壓技術(shù)，2005，31（3）：90-91.YONG Jun，SHEN Qinghe，HU Xiaoli，et al.Analysis on broken accident of high voltage porcelain post insulators of Shandong electric power corporation[J].High Voltage Engineering，2005，31（3）：90-91.

[14]馬寧，朱義東，張巍.220 kV隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂事故原因分析[J].東北電力技術(shù)，2008，29（12）：6-8.MA Ning，ZHU Yidong，ZHANG Wei.Analysis on rupture accident of 220 kV Switch post insulator[J].Northeast Electric Power Technology，2008，29（12）：6-8.

[15]陳琳依，帥勇，胡加瑞，等.高壓支柱瓷絕緣子斷裂分析[J].高壓電器，2015，51（7）：69-73.CHEN Linyi，SHUAI Yong，HU Jiarui，et al.Analysis of the rupture of porcelain insulator rupture[J].High Voltage Apparatus，2015，51（7）：69-73.

[16]李欣，何智強(qiáng)，單周平，等.220 kV管母用瓷支柱絕緣子運(yùn)行事故分析[J].高壓電器，2015，51（5）：199-204.LI Xin，HE Zhiqiang，SHAN Zhouping，et al.Accident analyses of porcelain post insulators of 220 kV tubular busbar[J].High Voltage Apparatus，2015，51（5）：199-204.

[17]肖輝，孫偉兵，陳仁剛，等.220 kV隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂原因及預(yù)防[J].山東電力技術(shù)，2014，41（5）：49-51.XIAO Hui，SUN Weibing，CHEN Rengang，et al.Reason and prevention of post porcelain insulator rupture of 220 kV disconnecting switches[J].Shandong Dianli Jishu，2014，41（5）：49-51.

[18]鐘振蛟.戶外隔離開關(guān)機(jī)械故障的起因及預(yù)防[J].高壓電器，2006，42（6）：464-467.ZHONG Zhenjiao.The cause and prevention of outdoor disconnector's mechanical faults[J].High Voltage Apparatus，2006，42（6）：464-467.

[19]吳旭濤，危鵬.一起220 kV隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂事故的原因分析[J].電瓷避雷器，2011（6）：11-14.WU Xutao，WEI Peng.Cause analysis on a rupture accident of stanchion porcelain insulators in 220 kV isolating Switch[J].Insulators and Surge Arresters，2011（6）：11-14.

[20]印華，王謙，王勇，等.支柱瓷絕緣子斷裂原因分析及檢測方法[J].電力安全技術(shù)，2007，9（12）：47-48.YIN Hua，WANG Qian，WANG Yong，et al.Strut porcelain insulator rupture reason analysis and detection methods[J].Electric Safety Technology，2007，9（12）：47-48.

[21]盧明，閆東，張健壯.管母金具不當(dāng)導(dǎo)致支柱絕緣子斷裂的原因分析[J].河南電力，2009（3）：24-26.LU Ming，YAN Dong，ZHANG Jianzhuang.Unmerited in-stallation Lead to the fracturation of sustentacular insulator[J].Henan Electric Power，2009（3）：24-26.

[22]閻東，羅菁，盧明，等.支柱絕緣子強(qiáng)度計(jì)算方法的探討[J].高電壓技術(shù)，2006，32（7）：123-124.YAN Dong，LUO Jing，LU Ming，et al.Discussion on calculation of strength of post insulator[J].High Voltage Engineering，2006，32（7）：123-124.

[23]GB/T 8287.1—2008.標(biāo)稱電壓高于1 000 V系統(tǒng)用戶內(nèi)和戶外支柱絕緣子第1部分：瓷或玻璃絕緣子的試驗(yàn)[S].2008.

[24]JB/T 4307—2004.絕緣子膠裝用水泥膠合劑[S].2004.

[25]孫杰.隔離開關(guān)支柱瓷絕緣子斷裂實(shí)例及預(yù)防措施[J].寧夏電力，2012（4）：29-30.SUN Jie.Example analysis and countermeasures for the post porcelain insulator rupture of isolating Switch[J].Ningxia Electric Power，2012（4）：29-30.

[26]郭瑞，郭奇軍，韓燕飛，等.126 kV GIS盤式絕緣子金屬法蘭開孔的電場仿真分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，31（5）：27-31.GUO Rui，GUO Jijun，HAN Yanfei，et al.The electric field simulation of the metal flange pouring hole of Disc-Type insulator in the 126 kV GIS[J].Advances of Power System&Hydroelectric Engineering，2015，31（5）：27-31.

[27]葉自強(qiáng).220 kV閘刀支柱絕緣子斷裂原因分析[J].浙江電力，2009，28（1）：42-44.YE Ziqiang.Analysis of 220 kV switch post insulator breakdown accident[J].Zhejiang Electric Power，2009，28（1）：42-44.

[28]曹雯，麻煥成，林曉煥，等.110 kV復(fù)合絕緣子電場分布影響因素[J].電網(wǎng)與清潔能源，2015，31（7）：8-12，19.CAO Wen，MA Huancheng，LIN Xiaohuan，et al.Influencing factors of electric field distribution for 110 kV composite insulator[J].Power System and Clean Energy，2015，31（7）：8-12.

Breakage Failure and Bending Strength Analysis of Porcelain Post Insulators in Horizontal Installation

WEI Xiaoxing1， SUN Yong2， CHEN Rulong3， Lü Gang3， LI Dong3， QU Shaojun3
（1.EHV Power Transmission Company Maintenance&Test Center， CSG， Guangzhou 510663， China； 2.EHV Power Transmission Company， CSG， Guangzhou 510663， China； 3.Guiyang Bureau， EHV Power Transmission Company，CSG， Guiyang 550003， China）

Since the bad operating environment，the breakage of post station insulators supporting the tubular bus happened occasionally，and brought a big threat to the safe operation of power grid.An accident of Dominoes effect breakage of 35 kV post station insulators located in a 500 kV transformer substation was introduced.These insulators were used to support the melting tubular bus.The investigation at the scene showed that the insulators were in horizontal installation;all the insulators in Phase B and C dropped off，and then the tubular buses of the same phases;only one insulator dropped off from the tubular bus of Phase A，and the bus also in the right position.Randomly sampling 4 insulators from phase A，the actual bending strength were 7.96 kN，10.89 kN，9.72 kN and 10.89 kN respectively， which didn't meet the design value 12 kN.Additionally， most of the insulators were with no or lack of sand， no asphalt buffer layer， abnormal porosity of cement compo and lower strength of cast iron.The poor product property was one of the main causes of the accident.The bending strength of the insulators in horizontal installations was calculated under different conditions.The computed results showed that a higher bending strength is required when the insulators are installed in horizontal direction， and then especially the design value of 12 kN can′t meet the bending strength demand when“N－1”failure （one insulator dropped）.In the end， the vertical mounting of station post insulators when supporting tubular bus is strongly recommended.

porcelain post insulators； breakage； bending strength；horizontal installation； “N－1”failure

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.02.029

2015-12-29

韋曉星 （1985—），男，博士，工程師，主要從事?lián)Q流站/變電站設(shè)備高電壓試驗(yàn)技術(shù)、復(fù)合絕緣子老化以及外絕緣污雨閃防治等研究工作。