支柱瓷绝缘子断裂原因分析及检测方法.pdf

第9卷 (2007年第12期)电力安全技术 J 检 修 维 护 ia n x iu w e ih u 支住瓷绝缘子断裂原因分析 及检测方法 印 华， 王 谦， 王勇， 吴高林 (重庆电力科学试验研究院，重庆400015) 电力系统中大量使用的支柱绝缘子多采用电瓷 材料， 由 于瓷瓶本身的材质、 胶装控制不良 等问 题， 在长期运行的情况下，会出现瓷瓶断裂的情况。国 家电网公司曾经发生过多起支柱瓷瓶断裂导致检修 人员跌落死亡的事故， 严重影响了电网的安全稳定 运行。 1 瓷瓶断裂原因分析 据统计，瓷瓶断裂有95%以上发生在法兰口 内 3cm到第 1瓷沿之间。作用在瓷瓶水泥胶装部 位的几种应力是引起瓷瓶断裂的主要原因。 (1) 水泥膨胀应力。瓷瓶胶装水泥由多种化学 成分组成，如果其中的氧化镁(Mg0)、三氧化硫 (S03 )、 氧化钾(K2 0)含量超标， 遇水产生化学反 应将导致体积膨胀。由于水泥胶装剂夹在铸铁法兰 和绝缘子之间，体积膨胀时会受约束而产生应力。 (2) 温差引起的应力。有的地区冬夏温差大， 因铸铁法兰、电瓷的膨胀系数不同 (铸铁法兰膨 胀系数为14X10-6 / C，电瓷膨胀系数为3.5X 10-6 / 0 C)，温度降低时， 铸铁法兰收缩得多、瓷瓶 收缩得少，这样也产生了一定的应力。 (3) 操作应力。对于隔离刀闸类的瓷瓶， 在开 合操作的过程中，同样会对瓷瓶产生一定的应力。 (4) 冰冻应力。因绝缘子胶装部位空洞存水或 是胶装剂致密度差浸水，冰冻后产生极大的冰冻应 力。这种情况在寒冷的东北地区比较突出。 在以上几种应力的共同作用下， 绝缘子的法兰 口内产生很大的应力， 再加上早期的绝缘子法兰内 没有应力沥清缓冲层或其厚度不够， 应力因无处释 放而压在有缺陷的绝缘子端部(如夹渣、 夹层、 生烧、 气孔等)，使绝缘子进人亚裂纹扩展状态(额定应 力的80%左右)， 最后导致绝缘子断裂。 工程技术人员误认为是高压硅整流变压器及一次线 路或设备发生了短路或绝缘故障，并进行相应的排 查和检测，结果未发现故障点。随后换装可控硅并 用示波器观察可控硅的波形，发现存在自 激振荡现 象。经分析，造成自 激振荡的主要原因是此次大修 质量不合格和高压阻尼电阻爬灰严重。在它们及高 电压(约70 kV) 的共同作用下，导致电除尘器发 生谐振， 谐振产生的电磁波窜人电 控柜， 造成可控 硅自 激振荡，并多次击穿。经过对电除尘器进行完 善化大修和清除爬灰后，可控硅谐振现象消除。本 次故障 暴露出部分电 气检修和工程技术人员知识面 狭窄， 认知盲点较多，理论联系实际的能力较差， 必须加强教育培训， 并在实践中不断学习和总结事 故检修经验。 4电 晕闭塞现象 当 含尘气体通过电场空间时， 粉尘粒子与其中 的游离离子碰撞而荷电，遂产生2 种不同性质的 质体电荷: 离子电荷和粒子电荷，离子电荷的定 向移动和粒子电 荷的定向移动2部分组成了电 晕电 流。但是，由于粒子电荷的体积和质量远远大于 离子电 荷， 故其运动速率远小于离子电 荷(一般粒 子电 荷的速率小于60 m/ s; 离子电 荷的速率约为 60 一100m/ s)。因此， 粒子电荷所形成的电流仅 占总电晕电流的1% 一2 %。这样，当含尘气体浓 度增大时， 粉尘粒子数增多， 所形成的粒子电 荷大 大增加， 接近于离子电 荷， 严重抑制了电晕电流的 形成， 使尘粒无法获得足够的电 荷， 造成二次电 流 大幅度下降， 甚至趋近于零， 此时若面板电流表表 计灵敏度不够时， 表计读数就为零。 而电除尘器检 修人员往往会误诊断为发生了开路故障， 导致故障 排查方向 错误，不能及时查出故障原因。 防止或减弱电 晕闭塞现象的措施: (1) 降低烟 气含尘浓度; (2) 降低电场风速; (3) 把电晕线由 锯齿线改为适合于捕集高浓度粉尘的芒刺线。 ( 收稿日 期: 2007- 05- 31) 4 7 J 电力安全技术第9卷 (2007年第12期)检 修 维 护 ia nx iu w e ih u 采用 超声法对瓷瓶进行探伤与否， 很大程度上取决于自 身的实际经验。例如， 有测试人员在一次绝缘子探伤过程中发现法兰内 有 伤波， 后来解剖才发现伤波是由 于绝缘子胶装部位 的防扭槽引起的。进行该项工作， 要求测试人员必 须对绝缘子的制造工艺有清楚的了解， 知道绝缘子 的质量不好是如何引起的， 熟悉缺陷的产生机理。 口1PEAK4mmOF F 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0 超声 探伤作为无损探伤的一种方法， 在金属类 器件的 探伤上得到了 广泛的应用。超声探伤时， 探 伤仪发出 高频脉冲电 信号加在探头的压电晶片上， 由于逆压电效应，晶片产生弹性形变，从而产生超 声波; 超声波经祸合而传人被探工件中， 遇到异质 界面时 产生反射， 反射回来的超声波同样作用到探 头上， 由 于正压电效应， 使探头晶片上产生电信号。 通过分析晶片上的电 信号，就可以知道被探工件中 的缺陷 等信息。 由 于瓷瓶断裂多是在法兰口内3 cm到第 1瓷 沿之间。 在测量时， 将探头放置在铸铁法兰和第 1 个瓷沿之间， 前方对法兰口， 径向 移动1周(或4 一5 点 )， 观察测量得到的波形， 如果测量波形中有幅 值较大的波峰，将探头在该处沿轴向和径向移动， 以便进一步确定裂纹的大小和位置。在法兰和瓷瓶 相交处一般有部分砂层覆盖， 探头应该放置在砂层 过渡区 后， 探测位置见图 1所示。 6810 a. 正常的瓷瓶 口 5P E A Kl 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 0246810 b. 有裂纹的瓷瓶 图2超声探伤的波形 图1 探测位置示意 超声探伤有纵波斜角超声波检测和爬波超声波 检测2种方法。纵波斜角超声波检测速度较慢， 但 可检测瓷瓶的中心部(L; 爬波超声波检测速度较快， 对探测表面下 1 一15 mm 的裂纹非常敏感。现场 检测多用爬波超声波检测， 在进行测量前， 先要利 用标准试块，作出DAC(Distance 一Ampl i tude 一 Cal i brate) 曲线， DAC 曲线显示了 距离不同缺陷位 置的反射波幅值， 通过对比测量波形和DAC 曲线 来判断被试品中是否有缺陷。图2 为正常瓷瓶和探 测到有裂纹瓷瓶的波形。 在使用超声波探伤仪对支柱瓷瓶进行探伤时， 要根据瓷瓶直径的大小，选择合适尺寸的探头。同 时要注意被检瓷瓶的材料(高强瓷或普通瓷)， 选 择同类别的试块和探头。 超声探伤工作人员对产品质量好坏的判断正确 3 结束语 支柱瓷瓶如果发生断裂， 对电网的安全运行和 相关人员的人身安全产生严重的影响。因此， 作为 电瓷产品的用户， 必须对支柱瓷瓶的检测引起足够 的重视。 国家电网公司在下发的关于高压支柱绝缘子技 术监督的文件中， 要求对新投运和投运后支柱绝缘 子必须按照规定对其进行超声检测， 这是预防事故 发生的重要措施。 由 于变电 站支柱绝缘子数量很多， 并且测量过程中 必须停电， 运行单位在编制检修计 划时， 必须将超声探伤的试验纳人到检修计划中， 对探伤工作进行统筹安排。 参考文献: 1 杨守东. 户外高压瓷瓶断裂的综合分析及防护措施. 吉林电 力