王原生,周 焱,白躍華

(忻州供電分公司,山西忻州 034000)

幾種常見(jiàn)復(fù)合絕緣子的缺陷及診斷方法

王原生,周 焱,白躍華

(忻州供電分公司,山西忻州 034000)

分析了運(yùn)行中復(fù)合絕緣子出現(xiàn)的絕緣子破壞、絕緣子閃絡(luò)等問(wèn)題及產(chǎn)生的原因,提出觀察法、泄漏電流法、紫外成像法、紅外測(cè)溫法等早期診斷方法,為及時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子存在的問(wèn)題,有效降低復(fù)合絕緣子缺陷,避免設(shè)備出現(xiàn)斷串掉線事故提供參考。

輸電線路;復(fù)合絕緣子;診斷方法

0 引言

復(fù)合絕緣子的應(yīng)用已有近40 a的歷史,已在27個(gè)國(guó)家和地區(qū)使用。大量運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明復(fù)合絕緣子與瓷絕緣子相比有著不可比擬的優(yōu)點(diǎn):重量輕(僅為瓷絕緣子的1/10)、易安裝;強(qiáng)度高、抗沖擊 (玻璃纖維芯棒的強(qiáng)度是普通鋼的1.5～2倍,比高強(qiáng)度瓷高3～5倍);復(fù)合絕緣子表面憎水性和憎水性遷移的特點(diǎn)使其具有很強(qiáng)的耐污能力 (同等污穢條件下復(fù)合絕緣子閃絡(luò)電壓是瓷絕緣子的2～3倍);不存在檢測(cè)零值絕緣子的問(wèn)題。基于這些優(yōu)點(diǎn)復(fù)合絕緣子越來(lái)越受到歡迎[1,2]。

隨著復(fù)合絕緣子在高壓輸電線路上日益廣泛的應(yīng)用,因其生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)質(zhì)量缺陷或老化、外力破壞及污穢引起的故障逐漸增多,對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行造成的威脅也不斷加劇。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子的事故隱患、避免突發(fā)事故、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠性,開(kāi)展復(fù)合絕緣子在線檢測(cè)是非常有必要的。

在眾多復(fù)合絕緣子早期在線檢測(cè)方法中,紅外測(cè)溫法是最有效的。

1 復(fù)合絕緣子常出現(xiàn)的問(wèn)題

1.1 絕緣子破壞

導(dǎo)致電網(wǎng)惡性事故的絕緣子損壞:包括界面擊穿、金具脫落、芯棒脆斷等[3]。產(chǎn)生的主要原因如下。

a)復(fù)合絕緣子的產(chǎn)品質(zhì)量還不夠穩(wěn)定,產(chǎn)品出廠檢測(cè)不能發(fā)現(xiàn)某些潛在缺陷。

b)復(fù)合絕緣子不合規(guī)范操作或在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中機(jī)械強(qiáng)度下降、金具松動(dòng)、芯棒有酸性氣體侵入,致使芯棒脫落或脆斷。

c)長(zhǎng)期運(yùn)行中硅橡膠劣化引起絕緣子絕緣電阻降低,一些運(yùn)行過(guò)的絕緣子傘裙彈性減弱,易撕裂,這表明硅橡膠表面材質(zhì)起了變化。

d)外力。作用復(fù)合絕緣子出現(xiàn)不易察覺(jué)損壞,運(yùn)行中由于局部放電的長(zhǎng)期侵蝕使損壞嚴(yán)重,導(dǎo)致絕緣子界面擊穿的主要原因。

1.2 絕緣子閃絡(luò)

絕緣子閃絡(luò)產(chǎn)生的主要原因如下。

a)絕緣子質(zhì)量不穩(wěn)定。

b)雷擊閃絡(luò)。

c)鳥(niǎo)害閃絡(luò)。

d)污閃。復(fù)合絕緣子雖然有很好的防污穢能力,但在重污區(qū)以及重粉塵區(qū)一遇上持續(xù)大霧、連陰雨、結(jié)露及融冰雪等潮濕天氣,少數(shù)爬距比較小的復(fù)合絕緣子還是會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。

2 復(fù)合絕緣子缺陷的形成

2.1 復(fù)合絕緣子表面的電蝕損及電灼痕跡的形成

復(fù)合絕緣子在長(zhǎng)年運(yùn)行中,大氣中的各種污穢會(huì)逐漸沉積在傘裙表面形成污穢層,遇小雨、大霧等高濕度天氣時(shí)絕緣子表面就會(huì)布滿細(xì)小的水珠,沿面電壓也隨之改變,水珠間的干燥點(diǎn)承擔(dān)主要電壓。由于表面電阻減小,沿面泄漏電流大為增加,當(dāng)干燥點(diǎn)的電位梯度大到一定程度后就會(huì)降低該處傘裙護(hù)套的表面憎水性,使表面電阻進(jìn)一步減小,泄漏電流進(jìn)一步增加,出現(xiàn)若干個(gè)比干燥點(diǎn)范圍更大的干帶,并在干帶表面引發(fā)比火花放電更強(qiáng)烈的局部小電弧。局部小電弧的反復(fù)作用則會(huì)使耐漏電起痕及電蝕損性不高的材料降解,最終導(dǎo)致復(fù)合絕緣子表面破損出現(xiàn)導(dǎo)電碳化通道,很容易造成絕緣子閃絡(luò)或其他故障。研究表明,強(qiáng)電場(chǎng)下的局部放電、熱脹冷縮、受潮水解和紫外線等高能射線的長(zhǎng)期作用,是導(dǎo)致復(fù)合絕緣子老化的主要原因,絕緣子的機(jī)電性能會(huì)因老化而退化[4]。

2.2 復(fù)合絕緣子芯棒的脆斷

芯棒是一種單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料,并且通常不是脆性極高的材料。芯棒短時(shí)拉伸斷裂形態(tài)是纖維在芯棒中不同位置的逐漸斷裂,同時(shí)伴隨大量的纖維與樹(shù)脂基本的分離分層現(xiàn)象,斷口粗糙如掃帚或齒牙形。對(duì)于復(fù)合絕緣子芯棒而言,其短時(shí)拉伸斷裂一般是從應(yīng)力集中的金具與芯棒連接區(qū)域起始[5]。

a)大多數(shù)脆斷發(fā)生的位置靠近高壓端金具口部以外,此處是復(fù)合絕緣子電場(chǎng)強(qiáng)度和機(jī)械應(yīng)力最高的區(qū)域,但也有少數(shù)發(fā)生在距金具稍遠(yuǎn)或金具以內(nèi)的位置[6]。

b)脆斷絕緣子所承受的機(jī)械負(fù)荷并不高,按照絕緣子強(qiáng)度蠕變的規(guī)律來(lái)推算,芯棒不會(huì)在此運(yùn)行時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象[7]。

c)芯棒脆斷事故發(fā)生的時(shí)間難以預(yù)計(jì)。短至1個(gè)月,長(zhǎng)至十幾年均可能發(fā)生。研究表明,造成運(yùn)行過(guò)程中復(fù)合絕緣子芯棒脆斷的主要原因是由于芯棒與金具連接部位密封不好,造成密封膠與金具粘結(jié)的薄弱界面開(kāi)裂,外部酸雨經(jīng)裂開(kāi)的縫隙直接滲透到芯棒裸露部位,這些酸性物質(zhì)緩慢腐蝕芯棒使得芯棒產(chǎn)生裂紋,酸雨進(jìn)一步侵蝕最終造成復(fù)合絕緣子的芯棒脆斷。

3 復(fù)合絕緣子早期診斷方法

3.1 觀察法

巡視人員巡視時(shí),用雙筒望遠(yuǎn)鏡在塔下檢查復(fù)合絕緣子表面缺陷,如絕緣傘裙受侵蝕、變粗糙,外覆層侵蝕的溝槽和痕跡,絕緣傘裙閃絡(luò),傘裙或外覆層開(kāi)裂,外覆層破碎,芯棒外露等。但該方法存在的缺點(diǎn)是,在地面觀察復(fù)合絕緣子時(shí),受角度和距離影響,結(jié)果不可靠,且很難發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子內(nèi)部的絕緣問(wèn)題。該方法只適宜進(jìn)行復(fù)合絕緣子外部檢查。

3.2 泄漏電流法

泄漏電流測(cè)量法利用泄漏電流沿面形成原理,通過(guò)絕緣子接地側(cè)安裝引流卡或電流傳感器在線實(shí)時(shí)測(cè)量泄漏電流,經(jīng)信號(hào)處理單元算出一段時(shí)間內(nèi)泄漏電流的各種統(tǒng)計(jì)值 (如峰值平均值、峰值最大值或大電流脈沖數(shù)),將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總站,運(yùn)用專家知識(shí)和自學(xué)習(xí)算法評(píng)估和預(yù)測(cè)絕緣子的積污情況,為絕緣子狀態(tài)檢測(cè)提供依據(jù)。泄漏電流法主要用于檢測(cè)絕緣子的污穢程度。泄漏電流法存在的主要問(wèn)題是必須加裝一片瓷絕緣子來(lái)截取泄漏電流,這對(duì)整個(gè)復(fù)合絕緣子串的機(jī)械、電氣強(qiáng)度都會(huì)有影響,并且泄漏電流法難以反映復(fù)合絕緣子的劣化程度,其實(shí)際應(yīng)用受到制約。

3.3 紫外成像法

電子紫外光學(xué)探傷儀可帶電檢測(cè)復(fù)合絕緣子表面局部放電形成的碳化通道和蝕損,其原理是局部放電過(guò)程中帶電粒子復(fù)合會(huì)放出紫外線,當(dāng)絕緣子表面形成導(dǎo)電性碳化通道時(shí),局部放電加劇。電子紫外光學(xué)探傷儀可檢測(cè)和記錄潮濕環(huán)境中,復(fù)合絕緣子表面污染放電、表面腐蝕放電或安裝不當(dāng)連接金具、均壓環(huán)上的強(qiáng)電暈放電。缺點(diǎn)是需在正溫度環(huán)境下操作;檢測(cè)時(shí)必須是正在發(fā)生局部放電,故需在高濕度甚至有降雨的環(huán)境中進(jìn)行。該方法只適宜進(jìn)行復(fù)合絕緣子局部放電檢查。

3.4 紅外測(cè)溫法

紅外測(cè)溫法是一種實(shí)用、方便的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法,它通過(guò)檢測(cè)局部放電、泄漏電流引起的局部溫度升高,較為直觀地發(fā)現(xiàn)早期缺陷跡象。凡紅外檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有明顯局部過(guò)熱點(diǎn)的絕緣子,其硅橡膠表面均顯著發(fā)黑、粉化及變脆、變硬,有的有許多細(xì)小裂紋,憎水性基本喪失;甚至有的絕緣子護(hù)套有明顯的破損點(diǎn),而紅外檢測(cè)正常的絕緣子硅橡膠保持原來(lái)的鮮艷色澤,彈性及憎水性也較好。該方法適宜定期的紅外測(cè)溫檢查,能夠在不影響線路正常運(yùn)行的情況下,較好地檢測(cè)出復(fù)合絕緣子存在的芯棒與護(hù)套界面粘接不良、芯棒本身材質(zhì)不良、護(hù)套老化等缺陷,是目前輸電線路中最有效的檢測(cè)復(fù)合絕緣子的非電量檢測(cè)法。

3.5 定期抽查

定期對(duì)復(fù)合絕緣子進(jìn)行各項(xiàng)抽查試驗(yàn),并及時(shí)通報(bào)檢測(cè)報(bào)告,根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)復(fù)合絕緣子制定相應(yīng)的清掃、檢修策略。根據(jù) 《山西省電力系統(tǒng)合成絕緣子使用管理規(guī)定》(晉電生技 [2005]82)要求,運(yùn)行年限小于10 a的復(fù)合絕緣子,每年至少定期進(jìn)行憎水性測(cè)量1次,運(yùn)行年限超過(guò)10 a的,每年至少定期進(jìn)行憎水性測(cè)量2次,如發(fā)現(xiàn)憎水性低于HC5級(jí)時(shí),應(yīng)及時(shí)更換該復(fù)合絕緣子。

4 結(jié)論

隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)張,復(fù)合絕緣子的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,同時(shí),在運(yùn)行中發(fā)生各種故障的機(jī)會(huì)也會(huì)不斷增加,對(duì)于復(fù)合絕緣子的使用,應(yīng)綜合考慮,努力揚(yáng)長(zhǎng)避短,以發(fā)揮它的最大功效。在實(shí)際使用中,應(yīng)積極開(kāi)展復(fù)合絕緣子早期診斷。紅外熱成像檢測(cè)作為一項(xiàng)先進(jìn)的診斷技術(shù),必將越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到輸電線路運(yùn)行中。

[1] 楊濤.合成絕緣子優(yōu)缺點(diǎn) [J].農(nóng)村電工,2002(5):36.

[2] 周志敏.硅橡膠合成絕緣子的發(fā)展及其應(yīng)用[J].大眾公用,2004(6):20-22.

[3] 包軍,余文輝,胡鐵斌.合成絕緣子的性能與缺陷檢測(cè)[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版),2001(Z1):32-35.

[4] 宿志一.運(yùn)行中合成絕緣子存在的問(wèn)題與原因分析[J].中國(guó)電力,1995,32(7):2-6.

[5] 徐其迎,李日隆.合成絕緣子的性能及應(yīng)用問(wèn)題探討 [J].絕緣材料,2003(2):9-11.

[6] 李敬雄.淺談合成絕緣子 [J].四川電力技術(shù),2003(4):47-48.

[7] 王海躍,李香龍,汲勝昌,等.合成絕緣子在線檢測(cè)方法的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].高電壓技術(shù),2005(4):39-44.

Common Defects and Diagnosis Method of Composite Insulator

WANG Yuan-sheng,ZHOU Yan,BAI Yue-hua
(Xinzhou Power Supply Branch,Xinzhou,Shanxi 034000,China)

Problems and causes are analyzed on insulator damage and flashover in composite insulator operation.The early diagnosis methods are proposed such as observation,leakage current,ultraviolet image,and infrared temperature measurement in order to find defects,reduce defects and avoid line disconnection for composite insulator.

transmission line;composite insulator;diagnosis method

TM216,TM854

B

1671-0320(2010)01-0016-02

2009-08-25,

2009-12-17

王原生 (1975-),男,山西呂梁人,2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè),工程師,主要研究方向?yàn)楦唠妷杭夹g(shù);

周 焱 (1973-),男,山西五臺(tái)人,2005年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓專業(yè),工程師,主要研究方向?yàn)楦唠妷杭夹g(shù);

白躍華 (1976-),男,山西五臺(tái)人,2005年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓專業(yè),工程師,主要研究方向?yàn)楦唠妷杭夹g(shù)。