劉洋，劉貞瑤，周志成，魏旭，李鴻澤，范曉東

（1.江蘇省電力試驗(yàn)研究院有限公司，江蘇南京211103；2.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；3.蘇州供電公司，江蘇蘇州215000）

合成絕緣子以其重量輕、機(jī)械強(qiáng)度高、憎水性強(qiáng)、耐污閃性能好、不測零值和少維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，受到用戶普遍認(rèn)可和好評，發(fā)展十分迅猛。江蘇電網(wǎng)使用合成絕緣子較早，目前110～500kV交直流線路上運(yùn)行的合成絕緣子已超過26.5萬支。合成絕緣子分內(nèi)外絕緣兩部分，外絕緣主要靠硅橡膠傘裙護(hù)套，內(nèi)絕緣主要依靠芯棒，芯棒同時(shí)也是合成絕緣子機(jī)械負(fù)荷的承載部件，內(nèi)外絕緣主要通過密封膠進(jìn)行絕緣密封，目前合成絕緣子端部連接和密封技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了三代產(chǎn)品，1991～1997年第一代合成絕緣子采用真空灌膠內(nèi)楔工藝，1996～1999年第二代合成絕緣子采用擠包穿傘內(nèi)楔工藝，2000年至今第三代合成絕緣子采用擠包穿傘或整體注射壓接工藝。隨著合成絕緣子運(yùn)行時(shí)間的增加，早期合成絕緣子在壓接工藝和端部密封的不成熟導(dǎo)致了多起芯棒脆斷事故，其中2004年浙江500kV線路發(fā)生3起，2002～2003年廣東500kV線路發(fā)生2起，2006～2007年河南220kV線路發(fā)生2起，2009年福建電網(wǎng)發(fā)生數(shù)起。芯棒脆斷已成為當(dāng)前合成絕緣子所發(fā)生的最嚴(yán)重的事故，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)發(fā)生的合成絕緣子脆斷故障已超過20起[1-4]，產(chǎn)品涉及國外和國內(nèi)的多個(gè)廠家，造成導(dǎo)線掉落等電網(wǎng)惡性事故，給電網(wǎng)安全帶來巨大威脅。本文對江蘇電網(wǎng)500kV合成絕緣子芯棒脆斷事故進(jìn)行總結(jié)分析，并提出相應(yīng)的防范措施。

1 合成絕緣子事故概況

500kV 5649玉車線起始于玉山變電站，止于車坊變電站。線路全長16.19 km，2010年6月13日上午7：49巡線人員發(fā)現(xiàn)17號A相（下相大號側(cè)）合成絕緣子斷裂，斷串絕緣子型號為99K6697/A，為德國赫斯特公司產(chǎn)品，2001年3月投運(yùn)，運(yùn)行時(shí)間9年。合成絕緣子斷裂發(fā)生在17號桿塔A相靠近導(dǎo)線側(cè)高壓端處，距離金具約30 cm。事故地段距離藍(lán)天熱電廠約2.91 km，距離吳淞江1.49 km，屬于D1級污穢區(qū)。2007年5月對該線路絕緣子進(jìn)行了單串改為雙串掛點(diǎn)，因此斷串事故未造成導(dǎo)線落地重大事故?，F(xiàn)場照片見圖1。為了防止運(yùn)行合成絕緣子再次發(fā)生芯棒脆斷事故，對同批次運(yùn)行的絕緣子進(jìn)行紅外普測，巡線發(fā)現(xiàn)500kV 5278石山線38號桿塔B相北側(cè)的合成絕緣子芯棒異常發(fā)熱，發(fā)熱點(diǎn)集中在高壓側(cè)距離金具約30 cm處，發(fā)熱點(diǎn)溫度為26.02℃（對比溫度為17.89℃）。該絕緣子亦為德國赫斯特公司產(chǎn)品，2001年3月投運(yùn)，運(yùn)行時(shí)間9年。該故障點(diǎn)距離斷串絕緣子運(yùn)行線路7.48 km，也屬于D1級污穢區(qū)，如圖2所示。

2 試驗(yàn)分析

2.1 外觀檢查

如圖3所示，斷串合成絕緣子傘裙無破損，表面覆蓋一層致密污穢，傘裙較硬，靠近高壓側(cè)護(hù)套有一處開裂，裂紋約5 cm，高壓側(cè)護(hù)套有多處蝕損點(diǎn)。端部金具與芯棒連接的密封處發(fā)現(xiàn)有裂縫，局部地區(qū)密封膠脫落，界面密封處為凹槽結(jié)構(gòu)，堆積了較多的污穢物。芯棒護(hù)套約3mm厚，芯棒呈不規(guī)則拉絲斷裂狀，芯棒端口部位與棒軸成90°垂直，斷裂表面光滑平整。

異常發(fā)熱的合成絕緣子與斷串絕緣子外觀特征相似，傘裙無破損，表面污穢致密，傘裙較硬，高壓護(hù)套側(cè)多處蝕損點(diǎn)。端部金具銹蝕，金具與芯棒護(hù)套聯(lián)接處出現(xiàn)密封膠脫落現(xiàn)象，如圖4所示。

2.2 憎水性試驗(yàn)

采用噴水分級法對兩支合成絕緣子進(jìn)行憎水性測試，分別按高壓側(cè)、中部、低壓側(cè)3個(gè)部分進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，斷串絕緣子高壓側(cè)憎水性為HC3，中部為HC4，低壓側(cè)為HC4。異常發(fā)熱絕緣子高壓側(cè)憎水性為HC3，中部HC4，低壓側(cè)為HC3，見圖5，6。按照DL/T864—2004[5]標(biāo)準(zhǔn)判定準(zhǔn)則要求，兩支合成絕緣子憎水性良好，滿足繼續(xù)運(yùn)行要求。

2.3 機(jī)械試驗(yàn)

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，對5278石山線發(fā)熱絕緣子先進(jìn)行50%額定機(jī)械負(fù)荷耐受試驗(yàn)，再進(jìn)行水煮試驗(yàn)和陡波沖擊電壓試驗(yàn)。試驗(yàn)要求合成絕緣子應(yīng)在50%額定機(jī)械負(fù)荷下耐受1 min而不損壞、不位移。

該合成絕緣子額定負(fù)荷為180 kN，將合成絕緣子固定在拉力試驗(yàn)機(jī)上，當(dāng)施加90.4 kN拉力時(shí)，合成絕緣子發(fā)生斷裂。絕緣子未通過50%額定機(jī)械負(fù)荷耐受試驗(yàn)。斷裂后的芯棒顏色變?yōu)辄S褐色，斷口處的玻璃纖維均已酥脆，屬脆性斷裂并伴有拉絲現(xiàn)象，斷裂部位與異常發(fā)熱點(diǎn)位置吻合。根據(jù)DL/T864判定準(zhǔn)則，該類絕緣子應(yīng)退出運(yùn)行。

3 故障原因分析

合成絕緣子憎水性良好，排除了絕緣子表面劣化造成的絕緣性能下降引起斷串的可能。從外觀可以看出，硅橡膠護(hù)套厚度較薄約3mm，芯棒護(hù)套與金屬界面處為凹槽結(jié)構(gòu)，容易積水和污穢，設(shè)計(jì)不合理，密封膠工藝較差。5649玉車線合成絕緣子斷串事故是由芯棒脆斷引起，主要原因是長期運(yùn)行后芯棒護(hù)套與金具界面部位密封膠出現(xiàn)脫落，由于高壓端電場強(qiáng)度高，電暈放電使得空氣發(fā)生電離生成氮氧化物NOX,在水和潮氣的環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)生成弱硝酸，滲入芯棒后加劇了芯棒的腐蝕，另外，工業(yè)的發(fā)展使得環(huán)境污染下酸雨尤為普遍，酸雨通過端部密封部分直接與芯棒接觸，在芯棒護(hù)套處長期燒蝕，由于絕緣子護(hù)套厚度薄，傘裙耐漏電起痕性能較差，導(dǎo)致護(hù)套逐漸燒穿，芯棒酸蝕后拉伸強(qiáng)度嚴(yán)重下降，芯棒脆化后強(qiáng)度一旦低于運(yùn)行所承受的載荷時(shí)即發(fā)生斷裂。合成絕緣子異常發(fā)熱的原因與斷串合成絕緣子相同，也是密封不良導(dǎo)致芯棒長期滲水或酸性物質(zhì)，芯棒異常發(fā)熱是脆斷發(fā)生的早期癥狀，一旦繼續(xù)運(yùn)行將存在斷串的安全隱患。

4 結(jié)束語

（1）芯棒脆斷是合成絕緣子護(hù)套與金具界面密封膠在運(yùn)行中出現(xiàn)破損，臟污水長期入侵至芯棒，導(dǎo)致局部放電和酸蝕，芯棒強(qiáng)度下降至無法承受運(yùn)行所受拉力時(shí)即被拉斷。

（2）芯棒脆斷是一個(gè)長期積累的結(jié)果，芯棒發(fā)熱是發(fā)生脆斷的早期癥狀，且發(fā)熱點(diǎn)通常集中在絕緣子高壓端。

合成絕緣子經(jīng)過了幾代產(chǎn)品的發(fā)展，在界面密封、壓接方式、材料配方方面取得長足的進(jìn)步，逐漸成熟，早期的國內(nèi)外合成絕緣子在材料和工藝技術(shù)落后，是目前線路運(yùn)行需要重點(diǎn)關(guān)注的對象。通過500kV合成絕緣子斷串及發(fā)熱缺陷的事故分析，給出以下幾點(diǎn)建議：

（1）盡早用新一代合成絕緣子更換已運(yùn)行多年的早期合成絕緣子，消除輸電線路隱患，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

（2）早期國外合成絕緣子護(hù)套厚度較薄，密封膠多采用室溫硫化硅橡膠材料，密封性能差，存在安全隱患，建議加強(qiáng)對該類合成絕緣子的抽檢試驗(yàn)。

（3）建議線路維護(hù)部門加強(qiáng)對2000年前生產(chǎn)的合成絕緣子開展紅外檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類隱性缺陷。

[1] 包建強(qiáng)，余長水，周立波，等.進(jìn)口500kV復(fù)合絕緣子斷裂的原因分析[J].絕緣材料，2009,42(5)：71-76.

[2] 錢之銀，包建強(qiáng).進(jìn)口合成絕緣子斷裂原因分析[J].高電壓技術(shù)，2003，30(5)：3-4.

[3] 張鳴，陳勉.500kV羅北甲線合成絕緣子芯棒脆斷原因分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(12)：51-53.

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[5] DL/T864—2004，標(biāo)稱電壓高于1000 V交流架空線路用復(fù)合絕緣子使用導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2004.