电网运行中绝缘子的损坏原因及检测.pdf

年 月 第 卷 第 期 电力 设备 日 目前 1 我国绝缘子市场正在走向多元化 这 既是保障电 网安 全运行的需要 也促进了国产绝缘子制造质量的提 高 文章对线路绝缘子7盘形瓷绝缘子与玻璃绝缘子 棒形瓷绝缘子与复合绝缘子 支柱绝缘子和大型绝缘子 套管7瓷套管 复合套管 在电网运行中的损坏原因进行了总结 列举了相应的典型事故 并给出相应的缺陷检测 方 法 关键词 电 力系统 绝缘子 损 坏 8 目前 我国绝 缘子市 场正在 走向多元化 钢化玻 璃绝缘子和复合绝缘子挑战着传统瓷绝缘子的统治 地位 虽然绝缘 子的多元化为用户 的使用提供了更 多的选择 但由于有些绝缘子 在我国电网中使用的时 间还很短 用户对其还 缺乏有 效使 用 经验 在这 种情 况下 绝缘 子制造商对产品的夸 大宣 传可能会误导某 些使用者 为防止 绝缘子选择失当而引发的事 故 有 必要对目前已进入电 网 的各类 绝缘 子的典型事 故进 行分析 并提出可能的检测手段与方 法 目前 运行中绝缘子存在的 问题可分二类 一类 是导致电 网发生恶性事故的产品损坏 另一类是 外绝 缘闪络 前者多属产品质 量问题 是我 们 关注的重 点 而后 者则多与外绝缘设计 使 用不当有 关 本文 在 此不予主寸沦 线路绝缘子 8 线路绝缘子机电特性 从用户 角度讲 盘形绝缘子主要优点是 机械强度 长串柔性好 单元件 轻 易于运 输与施工 造 型多 易于选择使用 但盘形 绝缘子属可 击 穿 型绝 缘 其绝缘件对电气强度要求较高 盘形瓷绝缘子出 88 1高样子 现劣化元件后 检测工 作 量大 而一旦 未 及时 检出 就 有可能在雷击或污闪时造 成断串 盘形玻璃 绝缘子存 在自破现象 且重污秽导致的表面泄漏电流可能 会加 重自破 率 但自破现象的发生可引起 运行维护人员的 关注 从 而可预防掉线事故的发生 棒形绝缘子主要优点是它具有不可击穿型结构 较好的自清洗性能以及爬距系数大7爬距与绝缘长度 之比 在相同环境中积污较 盘形 绝缘子低 可获得较 高的污闪 电压 爬距选择适当时可延长 清扫周期 棒 形瓷绝缘子是名副其实的不可击 穿绝缘子 其缺点是 单元件 重 搬 运与安装难 度 大 伞裙受损会危及其机 械强度 棒形复合绝缘子比强度高7拉伸强度与质量 之比 具有优良的耐污闪特性 但存在界面内击 穿和 芯棒脆断的可能 而且有机复合 材料的使用寿命和端 部连接区 的长期可靠性尚未取得共识 8 1 线路绝缘子的典型事故 8 1 1 8 盘形瓷绝缘子的劣化和盘形玻璃绝缘子的自破 近年来 部分网 省电力 公司的统计显示 国产瓷绝 缘子的年劣化率为 1 一 与同类产品 的国际领 先水平7日本 5 公司瓷绝缘子的年劣化率却 1 8 存在较大差距 这与我国电瓷生产厂众多 而产品质量 参差不齐有关 瓷绝缘子的劣化率一般随运行时间的延 长而增加 如北京供电局 2 郊通二线瓷绝缘子的劣 化率8 年内年由 1 上升到了 8 1 8 对于瓷绝缘子的劣 化 首先 与其制造质量密切 相 关 主要包括 胶装水 泥 不足 水 泥膨胀 缓 冲层过 薄或涂刷不 均匀 胶 装 钢脚偏心 瓷质孔 隙过大 严重者吸红 水泥不足的影响在 投运 后前 公司的玻璃绝缘子年自破 率为 5 6 有一定差距 玻璃 绝缘子的自破 率一 般随运行时间的延长而降低 但如果运行 头儿年自破 绝缘子专题宿志一等 电网运行中绝缘子的损坏原因及检测 率过高的话 也令人难以接受 钢化玻璃绝缘子自破 的原因 一般认为是因玻璃件形成过 程中混 人了原料 和耐火材料中的杂 质或钢 化层厚度不均匀所致 因 此 严 格控制工艺 增加 二次 热振 试 验 延长 库 存时 间 都有利于减 少玻璃绝缘 子投运后的自破率 在采用内水压法剔除钢化不良 的产品之前 国产 玻璃绝缘 子的 自破还与其所 受荷 载大小有 关 如东 北 2 长四线 玻璃绝缘 子的年自破率明显高于相 同 自然 环境下的 88 2 秦宁线 华东 2 望 塘线 玻璃绝缘子的年自破 率明显高 于相同自然 环境 下的 88 2 安镇线 且耐张串玻璃 绝缘 子的自破 率明显 高于直线串 南方线路运行中玻璃绝缘子的自破率高 于北方线路 4 此外 重污秽地区使用的玻璃绝缘子 其表面出现的 电弧可以破坏表 面钢化层 而引起 玻璃件 自破或因泄漏电流过大而导致热击穿 玻璃绝缘子自 破后应及时更 换 以防止在雷击和污闪 中造成 残垂绝 缘子钢脚烧断而使绝缘子串断串 玻璃绝缘子造 成的 导线落地事故虽然很少见 但国 内外却 均发生过 目前 用户选用瓷绝缘子是因为其伞型7如双伞 三伞 自清洗性能好 利于 人工清扫 选 用玻璃绝缘子 的主要 原因是 不用 检 测 零值 因此 必须进一步 提高国产绝缘子制造质量 国产瓷绝缘子要切实加强 管理 提高机械化水平 降低劣化 率 国产玻璃 绝缘子 要减少自破率 开发 双伞型新 产品 8 1 1 棒形 瓷绝缘子的掉线 世纪 年代后 期 棒形瓷绝缘子首先在 江苏 和安徽电网 中试用 其背景 是 复合绝缘子在使用过 程中损 坏的信息增多7特别是 芯 棒脆断和界面击 穿 使一些 一 设计和管理 人员心存 疑虑 或在决策 上产 生动摇 中欧 是 棒 形瓷绝缘子运 行的主要地区 据 8 8 年 工 作 组 统计 其 年 损 坏 率 1 甚至更低 目前 国内棒形瓷绝 缘子仅在 士 2 葛南直流线路试运行中发 生了一起掉 线事 故 而且事 故是由横担侧连接绝缘子的金具断裂引起 的 而不是由绝 缘 子 本体引起的 事 故 初 步分析认 为 该金具采用铸铁是个设计错误 而其材 质是 否存 在制造缺陷尚在检测中 由于棒形瓷绝缘子机械 强 度的破坏通常是由外力击 打7如子弹 石 击 等 伞裙 受损所致 因此 除重污秽地区不宜使 用棒 形瓷绝缘 子外 邻近采石地段也不应使 用棒形瓷绝缘子 1 1 棒形复合绝缘子的断裂与界面击穿 6 世 纪 9 3 年代中期 国产棒形复合绝缘子研制 成功 而 8 9 年底到8 年初相继在华东 华北 东 匕等地区发生了大面积污闪事 故促使复合绝缘 子进 人了工业性试运 行阶段 到 年代中期 人网运行 的棒形 复合 绝缘子的数量就达 万支左右 年底 已超过百万只 进入 世纪 国内主要复合 绝 缘子 制造厂先后完成了芯棒与护套界面连续挤 压 整体注 塑的技术 改进 工作 将端部金具与芯 棒连接 工艺逐渐 采用 压 接 式 且 在新建 土 2 直 流 线路和部 分 2 交流线路中开始使用耐 酸蚀芯棒 经过多次 区域性和大面积污闪的考验 较为成熟的新一代国产 合成绝缘子已进人了全面实用化应用 阶段 我国已成为 世界复合绝缘子的使用大国 且我国的运行经验已引起 了国际大电 网会议和国际电工委员会的广泛关注 随着复合绝缘子使用 数量的剧增 闪络及损 坏 的信息也日趋 增 多 其导致电网发生恶性事 故的主 要原因是芯棒断 裂和界面击穿 且 这些 事 故 大多发 生在早期的复合 绝缘子 产品上 其 年损坏 率约为 1 好于各国平 均水 平 在 复 合绝缘子芯 棒 断 裂事故中 以 脆断 最为 突出 占芯 棒 总 损 坏 数的 是当前复合绝缘 子 所发 生的最为严重的事故 2 线路中发生此类事故的比例最大 年内华东 华北 华 中 广东都有发生 所谓 脆断 是指芯棒玻璃 纤维受到酸液侵蚀而发生的断裂 对其断裂机理 目 前尚无统一认识 特别是酸 液来自外部还是自身还需 要进行研究 不过 防止水汽浸人已是人 们的共识 因 此 首先要保障端部密封的牢固与长效 防止护 套在施 工中受损 同时还应采用耐应力腐蚀芯棒 界面击穿多发生在雷击情况下 也有发生在正常 工作电压下的事例 早期 此类 事故以 88 2 横担 型产品发生较多 明显是 芯棒质量问题 近年来 发 生更多的是护 套与芯 棒间的界面击穿事故 灌胶不 能把胶充满 模压或挤压使用祸 联剂不当 以及工 艺上 存在缺陷都会造成界面的破坏 性能良好的高温硅 橡胶在一般地区的寿命使用 预计不会小 于 年 有些 产品运 行时间不 长 或伞 裙硬化 或 弹性减弱易撕裂 或表面憎 水性下降 都反 映出硅橡胶 材质配方存在一些问题 这些老 化现象 加剧了人们对硅橡胶7包括端部密封使用的粘性胶和 2 老化寿命的忧虑 因此 制造 厂对硅橡胶的配 方需进一 步优化 但应防止因竞相 压价而出现原材料 以次充好的问题 压价可能导致的产品质 量下降在 短 时间 的运行中难以觉察 也很难用现有试验方法及 标 准检测出来 但可能对其长期使用性能带来影响 8 1 线路绝缘子缺陷的检测 多年来 检测劣化瓷绝缘 子的努力一直没有停止 过 但总的讲 无论检测方法有何不同 都需 要 登塔 使用工具与绝缘子进行接触 地面巡线遥控检测法尚 难实现7直升飞机巡 线使用 红 外 成像 有成功 事 例 最近提出的脉冲电流 法检测法 可从流 经塔腿的泄漏 电流中区分出是正常绝缘 子电晕放电脉冲 还是劣化 绝缘子内部放电脉冲 从而判 断劣化绝缘子 是否存 在 但劣化绝缘 子所在的具体位置还需 登塔解决 目 前 已研制出该检测装置的样机 复合绝缘子缺陷的现场带电检测 目前国内外的 电 力 设 备第 卷第 期 研究仍主要集中在试验室内 其研究 方向 一是 利用 高灵敏度红外测温 仪检测 广 东佛山供电局 利用此 方法检测出一批内绝缘界面存在缺陷 的复合绝缘 子 很令人鼓舞 华北电 网公司在直升飞机巡线中利用 此 方法也发现了 2 复合绝缘子的缺陷 但对该方 法的可靠性和灵敏度 人们还有 不同意见 二是利用 电场法 检测7已研制出便携式电场法 复合绝缘子带电 检测装 置 试验室和现场检测 表明 此检测方 法可 以检测出复合绝缘子内绝 缘较大尺 寸的 导通 缺 陷 近来 还有一些地方开展了应用 紫外检测装 置检 测绝缘 子缺陷的研究 但都局 限 在对绝缘缺陷的检 测 尚无机械性能缺陷的检测技术 站用支柱绝缘子 1 8 支柱绝缘子的事故统计 近几年 国家电 网公司系统接连发生了多起运行 中 支柱 瓷绝缘 子断 裂7折断和开 裂 的事 故 给电 网 安全运行和人身带来危 害 如 8 年 8 月8 8日 吉 林城南 一次变电站在 对城 黄甲线 南隔离开关进行操 作中 相隔离开关 侧支持瓷瓶根部法兰 与瓷结合处 断裂 造成 2 系统停电 8 年 月8 日 沈阳 文成变电站文成 二组一次东隔离开关 相 瓷柱出现 裂纹 在系统操作 过程中瓷柱折断落地 造 成 2 东母线单相接地 事故扩 大 使文成变电站全站停电 据国家电 网公司 年组 织的对 一 2 支柱绝缘子的事 故调查 8 一 8 年间全国支 柱 绝缘子断裂总数为 9 9 起 且 近 两年 事故 偏多 有 逐 年上升的趋势 且北方多 于南方 其中东北 最多 约占 数的 8 8一 8 年的 年中 以 8 9 8 9 年及 8 年所投运产品出现断裂 事故的最多 支柱 绝缘子主要用 于支撑隔离开关和母线 其中用 于支撑 隔离 开关的支 柱绝缘子的断裂占总数的 9 8 用 于 支撑母线的断裂占8 在断裂事 故中 折断事 故 占 开裂占 近几年 多数电瓷厂进行了技 术革新 陆续研制出高强瓷产品 或采 用 等静压成型 工艺7干法 增 加了支柱绝缘子的机械强度 减小了 强度分散性 因此 年和 8年新投运支柱绝缘 子产品所发生的断裂数不足 4 1 支柱绝缘子典型事故原 因分析 从统计分析结果可以看出 支柱绝缘子断裂的原 因是多方面 多环 节的 在总计 9 9 起断裂中 涉及产 品质量的有 起 占 1 在电瓷制造厂方面 主 要问题有 库房原料间界限不 清 配料工序间界限不清 导致的配方混乱 胶装工艺差 缓冲层 薄或没 有 特别 是法兰和瓷件的胶装外部 未进行密封处理 造成 北方 寒冷地区因胶装处进水结冰引起 断裂 烧成差7过烧 欠烧 及对安装尺寸7如高度偏差 轴线直线度 上下法 兰平行度和上下安 装 孔角度偏移等 的要求偏松等 在隔离开关制造厂方面 主要问题有 隔离开关结构不 合理 检验达不到剔除不合格产品的目的 设计不当造成的断裂 因设计原因造成的断裂有 8 起 主要是强度裕度偏 小 安 装 调试质量导致的断裂 对母线而言 存在引 线过紧7软母 或固定点多于 4 个7即两头紧 硬母 的问题 对隔离开关而言 存在错位别劲的问题 运行维 护导致的断 裂 主要 是检修维护不到位 使母线 隔离开关出现锈蚀 卡滞 卡 死 等现 象 或操 作不正确 蛮力操作 产生 短 时的大机械负荷导 致支 柱绝缘子断裂 其他方面 主要是外力引起的支柱绝缘子断裂 如 暴风骤雨引起共振 使产品异常受力超过其破坏负荷 1 支柱绝缘子缺陷的检测 为防治支柱绝缘子的断裂事故 各地采取了多种 措施 如将 及以上的设备 更换为高强瓷产品 在产品法兰和瓷件的胶装外 部涂抹防水胶 改造隔离 开关 解决导电部分过 热及操作机构 卡 涩 别劲等问 题 开展探伤 工作 目前 检测支 柱绝缘子的局部开裂主要 是采用超 声波探伤 该技术对仪器设备及 检测人员的素质 都 有较高的技术要求 据日本资料介绍 超声探伤的部 位集中在 支柱 绝缘子的根 部 即瓷件与法兰的接触 面 长期运 行的绝缘子 与法兰接触的釉面可能 剥 离 导致其机械强度显著下降 超声探伤也可以发现 瓷件内部的裂纹 做到及时发现事故 隐患 及时更换 因此 有必要开展该技术的推广 一与培训工作1 套管 1 8 套管的典型事故 电站套管属大型绝缘子 因其大多从属于某一变 电设备 故对其缺 少全面统计资料 本 文主要讨论 变 压器 电抗器的瓷套管 和互感器的复合 套 管与复合穿墙套管 1 8 1 8 瓷套管 据文献的不完全统计 我国 2 变压器 电抗 器的瓷套管及相 关部 位引起的事故 和障 碍分 别占设 备事 故与障碍 总 次数的 和 3 其中瓷 套管因 密封和内部故障造成的损坏占总数的 乃 瓷套 管的损坏 一是设计不合理 二是 瓷套本体 及其与法兰连 接处 密封存在质量问题 前者如东北 王石变电站的中 低 压套管 中导电杆由铜杆改为铜铝 复合杆后 由于金属层间存在电位差而 发生 放电 致 使油中可燃性气体严重超标 葛洲坝换流变电站网侧 套 管电容芯绝缘纸对接初 未错缝搭接 零屏处内 外 油道隔条不重合导致部分油道不畅 散热 差 致使绝 缘击穿 后者如北京昌平变电站的 号变压器套 管 因瓷套存在 裂纹 造成潮 气侵人 可燃性气体严重 超 绝缘子专题 宿志一等 电网运行 中绝缘子的损坏原因及检测 标 大同二厂变 电站 号变压 器 相套管法兰连接处 漏油 和漫湾电厂 号电抗器 相套 管多节粘接处漏 油等 都属产品制造质量问题 类似支柱绝 缘子的情 况 大连南 关岭住变 压器 相套管法兰连接处渗人水 分后 造成低 温时套管冻开裂缝 使绝缘油漏出 1 1 复合套管 在变电设备上使用复合 套管 首 先是从避雷器开 始的 世 纪 年代中期 生产复合 套管避 雷器的 厂家就多达 数十家 随后 复合 套管的穿墙 套管 互 感器 产品也大量进 人电 网 变电设 备的瓷套 管从低 电压到高电压逐步 被复合套管所取代 这是变电设备 防污闪工作的需要 目前 国家电 网公司还缺少对复 合套 管使用情况的跟踪调查 复合套 管损坏 主要包括二个方面的原因 一个是 避雷器和穿墙套管的设计与工艺不够合 理 导致 短时 运行后就发生局放 超标 甚至造成绝缘击穿 另一个 是复合套管的材质 不良 比较突出的事例有山东德 州 电厂 2 电流互感器的复合套管 在雨中被 表面 电弧 灼伤 更 为严重的是江苏任庄变电站 2 电 流互感器复合套 管内 的环 氧玻璃 纤 维筒 被烧蚀 显 然 除 护套 材 质选 择 外 复合 套 管整体电气设计不 良也 是导致 外 绝缘表面放电 的重 要 原因之一 如 士 2 直流江陵换流 站极电压分 压器复合 套 管因 均压 屏蔽环布置不当而发生了闪络 1 套管缺陷的检测 现场套 管的监测重点应放在整体 介质 油色谱分 析以及漏油漏气的检查上 特别是油色谱分 析指标 目前仍是判别套 管内部 是否存在异常的主要 判 据 而瓷7或复合 套 管的密封质 量则主要通过 是否发生 了漏油漏气来验证 红外热成像技术 不仅可以检测出接头发 热 还 可以发现套 管严重缺油 而且这方面已有成功检测的