管母支柱絕緣子斷裂原因及措施

何連輝 楊紹昆 張耀琪 唐洪斌 王立

摘要：管母支柱絕緣子往往需要面對(duì)極為復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境，因此經(jīng)常會(huì)由于各種因素而出現(xiàn)斷裂等運(yùn)行故障。及時(shí)排查并了解設(shè)備故障原由，對(duì)于確保電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行等多個(gè)方面具有重要意義。本文就多起管母支柱絕緣子故障進(jìn)行分析，從而探討管母支柱絕緣子斷裂的主要原因，并提出相關(guān)解決措施。

關(guān)鍵詞：絕緣子;斷裂;管型母線

引言

瓷支柱絕緣子是變電站的重要設(shè)備之一，在隔離開關(guān)、軟導(dǎo)線以及管型母線等的機(jī)械支撐與電氣絕緣等方面起著非常關(guān)鍵的作用。運(yùn)行期間瓷支柱絕緣子可能會(huì)存在傾斜以及斷裂等情況，繼而會(huì)增加變電站、輸電線路部分或者全部的斷電情況，嚴(yán)重的甚至可能造成生命、財(cái)產(chǎn)等重大損失。故而保證瓷支柱絕緣子運(yùn)行可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問題至關(guān)重要。

1.事故分析

某變電站M曾發(fā)生一起II母失壓故障，現(xiàn)場(chǎng)查看初步判斷為管型母線所使用的瓷支柱絕緣子斷裂所致，C相管母發(fā)生傾斜并和龍門架接觸，致使II母差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開全部的進(jìn)出線開關(guān)，如下左圖所示。此外，又有一變電站N其220kV的I母線路A相東側(cè)瓷支柱絕緣子在強(qiáng)烈的風(fēng)力作用下發(fā)生折斷，自東向西六根支柱絕緣子均全部斷裂，第七根也發(fā)生一定的形變。導(dǎo)致I母A相跌落接地，I母差動(dòng)保護(hù)及時(shí)響應(yīng)動(dòng)作，I段母線瞬間施壓，實(shí)際情況如下右圖所示。事故發(fā)生期間正是大風(fēng)天氣，當(dāng)?shù)仫L(fēng)力達(dá)到十級(jí)左右，經(jīng)過測(cè)算風(fēng)速在27m/s。

2.事故原因分析

類似上述案例近些年發(fā)生不在少數(shù)，此次就大量相關(guān)案例閱讀學(xué)習(xí)，從而將目前常見的管母支柱絕緣子斷裂原因進(jìn)行總結(jié)，主要分為內(nèi)因以及外因兩個(gè)部分。一方面是由于熱脹冷縮的原理以及外界大風(fēng)天氣等的強(qiáng)作用力從而使得支柱絕緣子的下端法蘭過度疲勞受力，繼而導(dǎo)致裂縫的加速形成;另一方面則是由于水泥澆裝缺陷造成初始裂縫存在。

以水泥澆裝不嚴(yán)實(shí)而導(dǎo)致的裂紋為例，瓷質(zhì)或多或少存在孔隙，因此機(jī)械強(qiáng)度并不高，可能會(huì)造成底部的法蘭水泥澆裝由于孔隙以及澆裝脫落問題。因?yàn)樗酀惭b存在較大的裂隙，密封性可想而知，雨水以及水汽相對(duì)更容易侵入內(nèi)部，從而進(jìn)一步加劇水泥老化以及鐵件銹蝕。位于水泥中的氧化鎂等具有一定的水合作用，吸水后會(huì)進(jìn)一步加劇水泥膠狀劑的膨脹，并進(jìn)一步導(dǎo)致水泥腐蝕與風(fēng)化開裂。鑄鐵法蘭腐蝕體積也會(huì)進(jìn)一步增加。由于水泥、瓷件以及法蘭鑄鐵的膨脹系數(shù)存在一定的差異，從而造成收縮以及膨脹體積具有較大的差異，法蘭澆合區(qū)域應(yīng)力進(jìn)一步增加，且不同位置所承受的應(yīng)力也會(huì)不同，冬夏交替、晝夜往復(fù)，最終使得水泥澆裝逐漸掉落，后由于疲勞損傷等在其表面形成大量的微裂紋情況。為了判定瓷支柱絕緣子的瓷質(zhì)特性，可以使用孔隙性試驗(yàn)驗(yàn)證，基于孔隙性試驗(yàn)的全部試品均存在滲透情況時(shí)，則可以判定當(dāng)前斷裂的瓷支柱絕緣子已經(jīng)發(fā)生老化情況，機(jī)械性能也大大降低。

其次，固定金具型號(hào)不匹配以及固定方式不合理致使底部的法蘭受力過于集中?；谝?guī)范DL/T697-1999《硬母線固定金具》相關(guān)規(guī)定實(shí)施之前，大多數(shù)變電站固定金具均為傳統(tǒng)的老式式樣，管型母線的松緊配合幾乎是用螺栓松緊來控制，缺少相關(guān)標(biāo)注規(guī)范，這也使得管母的固定形式十分多樣。而在DL/T697-1999《硬母線固定金具》徹底落實(shí)后，有關(guān)要求選擇MGG型固定金具，該金具利用調(diào)節(jié)安裝的方式，使得松固定的金具內(nèi)徑和母外徑始終處于2毫米左右的間隙，確保每段管型母線設(shè)置一個(gè)固定的死點(diǎn)，從而保證母管能夠可靠的固定于金具內(nèi)并自由滑動(dòng)。如若未充分意識(shí)到MGG型金具的安裝形式，則可能導(dǎo)致固定金具和管母之間抱死，從而造成管母存在多點(diǎn)固定情況。中間松、兩側(cè)緊是目前較為常見的錯(cuò)誤安裝形式。實(shí)際如若固定金具的型號(hào)應(yīng)用不合理或者安裝方式等存在一定的偏差，則可能會(huì)由于熱脹冷縮等情況下管母無法在固定的金具中自由的滑動(dòng)，此外，伸縮節(jié)也會(huì)無法達(dá)到較好的緩沖效果。瓷支柱絕緣子根部就會(huì)沿管母方向受較大的彎曲作用力，該彎矩長(zhǎng)期影響底部法蘭，最終導(dǎo)致底部法蘭由于過勞受力而損壞。

最后，抗彎強(qiáng)度不足以抵抗外力作用導(dǎo)致瓷支柱絕緣子斷裂。依據(jù)相關(guān)規(guī)定，瓷支柱絕緣子的設(shè)計(jì)強(qiáng)度應(yīng)滿足母線短路電動(dòng)力以及風(fēng)速在15米/秒情況下的風(fēng)力荷載。但如若存在惡劣的天氣環(huán)境時(shí)，例如上述案例中，變電站的風(fēng)力達(dá)到了27m/s時(shí)，則相關(guān)規(guī)定勢(shì)必不滿足要求，此時(shí)如若設(shè)計(jì)階段未有充分考量管母固定形式是否正確而造成下側(cè)法蘭遭受管母方向作用力則有可能導(dǎo)致斷裂。

3.應(yīng)對(duì)策略分析

第一，提升絕緣子抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)管母的固定金具型號(hào)進(jìn)行合理選擇。瓷支柱絕緣子抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮支柱絕緣子運(yùn)行最為復(fù)雜的情況，在管母所遭受短路電動(dòng)力的前提下，有效結(jié)合大風(fēng)載荷以及熱脹冷縮等的多方面影響，選擇抗彎強(qiáng)度以及抗扭強(qiáng)度較為合適的絕緣子。在固定用金具的選擇上則可以有MGG、MGGH等多種型號(hào)，從而確保管母可以在固定金具中實(shí)現(xiàn)靈活的自由的滑動(dòng)，避免熱脹冷縮等導(dǎo)致固定金具中管母滑動(dòng)遲滯，確保伸縮節(jié)可以達(dá)到較好的緩沖效果。

第二，嚴(yán)格把控設(shè)備質(zhì)量。為確保絕緣子性能穩(wěn)定且滿足要求，應(yīng)當(dāng)盡可能的選用質(zhì)量較好的廠家產(chǎn)品，首先高強(qiáng)瓷產(chǎn)品，制造工藝應(yīng)當(dāng)以靜壓成型法為主，有效規(guī)避絕緣子潛在問題。此外，在產(chǎn)品出廠過程中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)驗(yàn)收，嚴(yán)格按照GB/T8287.8-2008《標(biāo)稱電壓高于1000V系統(tǒng)戶內(nèi)和戶外支柱絕緣子 第2部分：尺寸與特性》以及QGDW407-2010《高壓支柱瓷絕緣子現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)導(dǎo)側(cè)》標(biāo)準(zhǔn)固定，重點(diǎn)關(guān)注絕緣子抗彎強(qiáng)度、底部法蘭澆裝等位置。

第三，對(duì)管母固定方式進(jìn)行明確規(guī)定。尤其是新建的支柱管母變電站，相關(guān)管母的固定形式務(wù)必嚴(yán)格依據(jù)GB50149-2010《電氣裝置安裝工程 母線裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》的相關(guān)內(nèi)容決定，確保母線在瓷支柱絕緣子上的固定位置，每一段應(yīng)當(dāng)確定一個(gè)，并最好處于整個(gè)或者兩母線收縮節(jié)的中間點(diǎn)位置，從而使得管母可以在固定的金具中實(shí)現(xiàn)自由的滑動(dòng)，伸縮節(jié)可以達(dá)到較為穩(wěn)定的緩沖效果?；?yàn)收期間，應(yīng)當(dāng)注重固定金具的規(guī)格型號(hào)，確保選擇匹配的金具。

第四，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)日常運(yùn)維管理工作。日常工作期間應(yīng)當(dāng)重視對(duì)絕緣子的排查，充分利用外觀檢測(cè)以及超聲探傷等方式，密切關(guān)注管母與支柱絕緣子的運(yùn)行工況，如若發(fā)現(xiàn)存在傾斜或者裂隙等情況應(yīng)當(dāng)立即采取措施進(jìn)行處理。在氣候惡劣的情況下，例如大風(fēng)雨雪天氣，則應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)管母表面卡澀以及劃痕情況的排查，一旦發(fā)現(xiàn)管母滑動(dòng)存在一定的阻塞情況，應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行檢修處理。對(duì)于母線存在嚴(yán)重形變的情況，為了確保管母滑動(dòng)可靠良好，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的母線調(diào)直或更換管型母線等維護(hù)檢修。

4.結(jié)束語

實(shí)際可能導(dǎo)致管母用瓷支柱絕緣子斷裂的情況有許多，例如抗彎強(qiáng)度不夠以及外力作用導(dǎo)致瓷支柱絕緣子斷裂、固定金具選型不合適或者管母的固定形式存在錯(cuò)誤、水泥澆裝不嚴(yán)存在裂隙，瓷質(zhì)存在孔隙導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度不夠等等，對(duì)于一系列可能導(dǎo)致其斷裂的隱患，應(yīng)當(dāng)就絕緣子的設(shè)計(jì)選型、出廠產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)以及現(xiàn)場(chǎng)安裝和后期維護(hù)保養(yǎng)等多個(gè)角度進(jìn)行處理，全面提升對(duì)其的保護(hù)力度，避免瓷支柱絕緣子運(yùn)行故障的發(fā)生。

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