一起輸電線路耐張絕緣子斷串事故分析

隋東陽(yáng)，周顯明，馮恩剛，李兆欣

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司諸城市供電公司，山東 諸城 262200）

1 事件概述

2020 年 11 月 17、18 日，某地 220 kV 線路連續(xù)跳閘，經(jīng)巡視發(fā)現(xiàn)跳閘是由于#6塔A相大號(hào)側(cè)耐張瓷絕緣子單串?dāng)啻?31 塔B 相大號(hào)側(cè)耐張瓷絕緣子雙串?dāng)啻畬?dǎo)致。

經(jīng)查閱檔案，該220 kV線路投運(yùn)日期為2018年8 月，線路全長(zhǎng)11.77 km，共計(jì)桿塔40 基。導(dǎo)線型號(hào)為2×JL/LB20A-400/35，耐張瓷絕緣子型號(hào)為U120BP/146D，生產(chǎn)廠家為某瓷科技股份有限公司。

17日、18日事故發(fā)生時(shí)天氣為南風(fēng)轉(zhuǎn)北風(fēng)，風(fēng)力7～8級(jí)，陣風(fēng)9～10級(jí)，小到中雨。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

#6桿塔現(xiàn)場(chǎng)耐張瓷絕緣子為雙串雙聯(lián)結(jié)構(gòu)，單串由18 片瓷絕緣子組成，斷裂串中10 片鐵帽炸裂，3 片瓷傘炸裂。雙串中另一串絕緣子瓷傘炸裂4 片，分別為橫擔(dān)側(cè)起第1～3 片和第7 片。A 相小號(hào)側(cè)其中一串絕緣子第1片瓷傘炸裂。除故障相外，在被更換的絕緣子中還發(fā)現(xiàn)C相大號(hào)側(cè)一串絕緣子第1片瓷傘炸裂，C相小號(hào)側(cè)一串絕緣子第1片傘裙缺失。

#31 塔B 相大號(hào)側(cè)斷裂的雙串雙聯(lián)絕緣子，單串由18片瓷絕緣子組成，36片中共有25片零（低）絕緣子，其中17片鐵帽炸裂、3片瓷傘炸裂、5片零（低）值（有瓷傘的16片搖絕緣發(fā)現(xiàn)）。

3 絕緣子試驗(yàn)檢測(cè)情況

3.1 檢零試驗(yàn)

對(duì)#6桿塔現(xiàn)場(chǎng)更換下來(lái)的11串絕緣子198片進(jìn)行檢測(cè)，共發(fā)現(xiàn)155 片零（低）值絕緣子，比例高達(dá)78%。零值絕緣子分布如表1所示（傘裙編號(hào)從橫擔(dān)側(cè)依次遞增，×為零值絕緣子，○為正常絕緣子。）

表1 零值絕緣子分布

3.2 跳火花試驗(yàn)

對(duì)線路停電檢修現(xiàn)場(chǎng)檢零發(fā)現(xiàn)的23片正常絕緣子進(jìn)行跳火花試驗(yàn)。試樣編號(hào)按表1 所示，分別為A相大號(hào)側(cè)串1-11、12、16，A相小號(hào)側(cè)串1-8、9、10、11，A 相小號(hào)側(cè)串2-1（標(biāo)號(hào)后面部分被蹭掉了，火花未通過(guò)）、9、12、13、15、18，C 相大號(hào)側(cè)串1-8、11、12、13、15、18，C相大號(hào)側(cè)串2-9、11、12、16，施加60 kV 電壓5 min，觀測(cè)電弧及絕緣子狀態(tài)，結(jié)果顯示13 片未通過(guò)測(cè)試，為零（低）值絕緣子（如表3所示）。

3.3 溫度循環(huán)試驗(yàn)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將瓷絕緣子迅速完整地浸入到83 ℃的熱水，保持15 min；將絕緣子迅速放入溫度為12 ℃的冷水中，保持15 min，整個(gè)過(guò)程循環(huán)3次，將瓷絕緣子取出。

對(duì)A相小號(hào)側(cè)串1-10、C相大號(hào)側(cè)串1-12、C相大號(hào)側(cè)串1-18 和1 片未標(biāo)記的絕緣子進(jìn)行溫度循環(huán)試驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)裂紋，進(jìn)行60 kV、5 min 工頻火花試驗(yàn)，無(wú)擊穿，均通過(guò)試驗(yàn)。

3.4 油中擊穿試驗(yàn)

對(duì)A相小號(hào)側(cè)串1-9、C相大號(hào)側(cè)串1-8、C相大號(hào)側(cè)串2-9、C 相大號(hào)側(cè)串2-12 進(jìn)行油中擊穿測(cè)試。將帶有金具的完整瓷絕緣子片浸入絕緣油中，對(duì)絕緣子兩端施加約120 kV的工頻電壓，檢驗(yàn)瓷絕緣子片的絕緣性能，均通過(guò)油中擊穿測(cè)試。

3.5 機(jī)電破壞試驗(yàn)

對(duì)6片通過(guò)火花試驗(yàn)的瓷絕緣子施加40 kV工頻電壓，同時(shí)兩側(cè)施加一定拉力，進(jìn)行機(jī)電破壞測(cè)試，結(jié)果顯示6片絕緣子均未通過(guò)測(cè)試（如表2所示）。

表2 機(jī)電破壞試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

3.6 試驗(yàn)結(jié)果分析

綜合以上各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果，絕緣子出現(xiàn)大量零值，機(jī)電破壞試驗(yàn)所有試驗(yàn)絕緣子片均未通過(guò)，絕緣子的機(jī)械和電氣性能均有明顯下降（如表3所示）。

表3 故障桿塔瓷絕緣子試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

4 主要原因及技術(shù)分析

經(jīng)事故調(diào)查小組對(duì)該輸電線路斷串的耐張絕緣子進(jìn)行了分析，分析認(rèn)為造成的原因如下：

4.1 耐張瓷絕緣子制作過(guò)程管控不嚴(yán)

瓷絕緣子在制作過(guò)程中受配料比例使用不當(dāng)、原材料混合不均勻、焙燒溫度誤差較大等原因影響，可能導(dǎo)致瓷絕緣子件形成吸濕性閉口氣孔。瓷絕緣子在成型時(shí)受真空度達(dá)不到要求、整體受力不均勻等原因影響，可能導(dǎo)致瓷絕緣子本體存在內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力會(huì)在使用過(guò)程中根據(jù)工況情況進(jìn)行釋放，從而導(dǎo)致瓷件表面略微裂紋，在載荷作用下裂紋逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致瓷絕緣子斷裂。耐張瓷絕緣子一般用水泥作為膠合劑，水泥吸收水分和二氧化碳后體積會(huì)變大，而且受冬季氣溫影響反復(fù)凍結(jié)和融解也會(huì)導(dǎo)致體積會(huì)變大，水泥在吸收和釋放、凍結(jié)和融解水分過(guò)程中會(huì)形成吸濕性氣孔，并產(chǎn)生眾多裂紋，加速瓷絕緣子本體劣化，最終形成“零值”瓷絕緣子，同時(shí)降低了瓷絕緣子串的整體爬電距離，提高了閃絡(luò)故障的發(fā)生概率。

4.2 耐張瓷絕緣子材料膨脹系數(shù)不同

耐張瓷絕緣子是由瓷件、水泥和鑄鐵件3 種主要材料粘結(jié)在一起制作而成，這3 種材料的熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)均不同，瓷件、水泥和鑄鐵件的熱膨脹系數(shù)分別約為 5×10-6/℃、10×10-6/℃和 12×10-6/℃。水泥和鑄鐵的熱膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于瓷的熱膨脹系，瓷絕緣子在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中受陽(yáng)光、雨霧、凝露和冰雪等自然條件的影響，使本體承受較大的不均勻結(jié)構(gòu)應(yīng)力，加上長(zhǎng)期的疲勞效應(yīng)、累積效應(yīng)等自然老化因素，加速了固有性能的降低，瓷絕緣子的強(qiáng)度也隨之降低。長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，瓷絕緣子在夏季的劣化率比冬季高數(shù)倍，特別是烈日暴曬后又突然遇雷雨、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣，受本體熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)不同的影響，各部件不會(huì)同步收縮，瓷絕緣子的局部位置將會(huì)承受很大的本體應(yīng)力，甚至導(dǎo)致瓷絕緣子開(kāi)裂。

4.3 耐張瓷絕緣子受擊穿和閃絡(luò)影響

運(yùn)行中的瓷絕緣子須長(zhǎng)期承受電網(wǎng)、雷擊等電壓或短時(shí)過(guò)電壓的作用，當(dāng)環(huán)境潮濕污穢時(shí)會(huì)出現(xiàn)電暈甚至產(chǎn)生閃絡(luò)，導(dǎo)致瓷絕緣子局部發(fā)熱、裂紋擴(kuò)散，甚至發(fā)生擊穿。當(dāng)電壓擊穿發(fā)生在瓷絕緣子內(nèi)部時(shí)，瓷絕緣子會(huì)通過(guò)鐵件、鋼腳等之間的瓷件放電，放電后瓷絕緣子外表一般不會(huì)留下痕跡，但整體絕緣性能已經(jīng)完全失去。當(dāng)瓷絕緣子局部被擊穿或閃絡(luò)后，瓷絕緣子已經(jīng)失去了相應(yīng)的電氣及機(jī)械性能，如果在運(yùn)行中未及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更換，瓷絕緣子的電氣及機(jī)械性能會(huì)逐漸消失，最終引起絕緣子運(yùn)行事故。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)斷串的瓷絕緣子分析發(fā)現(xiàn)，絕大部分瓷絕緣子的鐵帽上存在被電弧燒傷的痕跡。

5 預(yù)防事故發(fā)生的管控措施

針對(duì)正在運(yùn)行的瓷絕緣子，管理單位按瓷絕緣子生產(chǎn)廠家進(jìn)行排查、分類(lèi)，針對(duì)可能存在隱患線路利用紅外測(cè)溫或帶電作業(yè)逐片進(jìn)行外觀檢查和零值檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)檢測(cè)零值過(guò)高，須對(duì)整條線路的瓷絕緣子進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，若試驗(yàn)通過(guò)，管理單位針對(duì)零值瓷絕緣子進(jìn)行更換；若試驗(yàn)未通過(guò)，管理單位須對(duì)整條線路同型號(hào)瓷絕緣子進(jìn)行更換。

針對(duì)正在施工的線路工程，瓷絕緣子到貨后，管理單位應(yīng)組織設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工單位開(kāi)展開(kāi)箱檢驗(yàn)，按批次進(jìn)行抽樣試驗(yàn)，驗(yàn)收通過(guò)后本批次方能存儲(chǔ)使用。瓷絕緣子安裝前，管理單位應(yīng)組織逐片開(kāi)展外觀檢查，做好檢測(cè)記錄并存檔，滿(mǎn)足要求后方能安裝使用，杜絕不合格瓷絕緣子掛網(wǎng)投運(yùn)。

瓷絕緣子掛網(wǎng)投運(yùn)后，管理單位須組織加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)零值過(guò)高或相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題的瓷絕緣子須及時(shí)檢測(cè)或更換。瓷絕緣子投運(yùn)3年后應(yīng)普測(cè)一次，之后可根據(jù)劣化率和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)延長(zhǎng)檢測(cè)周期，但最長(zhǎng)不能超過(guò)10年。