4、支柱瓷绝缘子及瓷套断裂典型故障和原因分析

支柱瓷绝缘子及瓷套断裂支柱瓷绝缘子及瓷套断裂支柱瓷绝缘子及瓷套断裂支柱瓷绝缘子及瓷套断裂 典型故障和原因分析典型故障和原因分析典型故障和原因分析典型故障和原因分析 金鑫鑫辽宁电力科学研究院辽宁电力科学研究院 2013年6月2013年6月 内容摘要内容摘要 一、故障情况统计一、故障情况统计 n据不完全统计，近5年公司系统110kV及以上开关设备发生由 于支柱绝缘子、瓷套缺陷引起的故障40次，其中支柱绝缘子、瓷 套断裂共计10次，出现裂纹6次。 n通过对40次故障的统计分析，胶装质量问题是造成支柱绝缘 子、瓷套断裂、裂纹、漏气等故障的最主要原因。 二、绝缘子和瓷套基本结构二、绝缘子和瓷套基本结构 绝缘子或瓷套的外形结构图绝缘子或瓷套的外形结构图 二、绝缘子和瓷套基本结构二、绝缘子和瓷套基本结构 水泥胶合剂应符合JB 4307 的规定 沥青清漆或沥青缓冲层应符合ZB G51 029 或GB/T 494 的规 定 两种胶装形式两种胶装形式 三、故障原因分析三、故障原因分析 （一）胶装问题（一）胶装问题 1. 水泥胶装剂质量不合格 n水泥中的氧化镁（MgO）缓慢的水合作用导致水泥胶装剂膨 胀是瓷瓶损坏的主要原因之一，三氧化硫（SO3）是次要原因 ，很多产品氧化镁（MgO）和三氧化硫（SO3）重量比重严重 超标，造成胶装剂中的水泥安定性很差，致使支柱瓷绝缘子开 裂甚至断裂。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （一）胶装问题（一）胶装问题 2. 沥青缓冲层缺少或过薄 n瓷瓶在胶装时，在瓷瓶的外端部和法兰的内部应分别涂上沥 青缓冲层，缓冲水泥胶装剂膨胀时产生的应力，也能缓冲由于 法兰、胶装剂、瓷瓶膨胀系数不同，因温度变化所产生的热应 力。沥青缓冲层过薄或没有将导致胶装剂的膨胀应力无法得到 释放，这也是造成支柱瓷绝缘子断裂的主要原因之一。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例一：案例一： n2008年3月20日11时06分，中卫供电局迎水桥变电站运行人员在隔 离开关倒闸操作过程中，11204- 1隔离开关A相母线侧支柱瓷绝缘子 下柱下法兰胶装部位发生折断事故。 n下柱支柱瓷绝缘子为抚顺电瓷厂1994年8故障隔离开关生产厂家： 沈阳高压开关厂，型号：GW7- 220DW/1250A，生产日期：1994年8 月生产。 n月生产，产品型号为ZSW- 252/4，代号为2274；上柱支柱瓷绝缘子 为唐山电瓷厂1994年4月生产，产品代号为2283。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例一：案例一： n法兰内胶装水泥厚薄不均匀，最大相差达到了10mm。支柱瓷绝缘 子瓷件根部外露部位未见上砂。瓷件内部边缘存在明显的青边现象， 青边呈青灰色，厚度约为10mm左右。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例一：案例一： n进一步检查发现支柱瓷绝缘子瓷件和附件与水泥胶合剂接触部分表 面未涂敷沥青缓冲层，在水泥胶合剂与瓷件界面上有上砂，但上砂极 不均匀。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例一：案例一： 同批次支柱瓷绝缘子的试验 n超声波探伤检测：超声波探伤检测：其它8柱支柱瓷绝缘子未发现缺陷。 n机械破坏负荷试验：机械破坏负荷试验：送检的三柱支柱瓷绝缘子断裂部位均在下节元 件下法兰附近，抚瓷生产的三支下节元件机械强度均明显偏低。 n孔隙性试验：孔隙性试验：三支下节元件均不合格，其中两支严重不合格。 故障原因 nGW7- 220型隔离开关支柱绝缘子胶装面未涂沥青缓冲面，瓷件的致 密度未达到标准要求。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （一）胶装问题（一）胶装问题 3. 喷砂对瓷瓶机电强度的影响 n喷砂的目的是为了增加与金属附件的附着力，喷砂的工艺要 求均匀且胶装后露出附件。但出现埋砂现象，特别是上砂不均 匀时，将会造成局部胶装部位局部应力的集中，造成电瓷材料 产生微观裂纹或支柱瓷绝缘子断裂。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （一）胶装问题（一）胶装问题 4. 瓷件胶装的偏心问题 n瓷件胶装的偏心与支柱瓷绝缘子的轴线直线度和上、下安装 孔中心圆轴线间的最大偏移存在关联性。在国标GB 8287.1中 明确规定： n上、下安装孔中心圆轴线间最大偏移2(1+h)mm，(h以m计) ；轴线直线度(1.5+0.008h)mm，(h以mm计)。 n上、下安装孔中心圆轴线间最大偏移和轴线直线度如果超标 ，会对支柱瓷绝缘子的机械性能产生影响。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例二：案例二： n2012年1月30日，海石湾变3361断路器发生套管断裂故障。 生产厂家：生产厂家：西安三菱株式会社 （现西安西电开关电气有限公司） 型号：型号：300- SFMT- 500B 额定额定SF6压力：压力：0.5MPa 出厂日期：出厂日期：1998年1月 投运日期：投运日期：1998年10月18日 开关瓷套：开关瓷套：抚顺电瓷厂产品 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例二：案例二： n3361开关A相母线侧套管（A1）从其下法兰根部断裂后，飞至 33611隔离开关A相母线侧0.1米处，开关套管完全破裂。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例二：案例二： n3361断路器A1侧断裂瓷套下底座断裂面观察，水泥浇装厚度不均匀 ，偏差值7.5mm，存在严重偏心情况。 3361开关下底座断裂面最厚处（开关下底座断裂面最厚处（12mm） 3361开关下底座断裂面最薄处（开关下底座断裂面最薄处（4.5mm） 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例二：案例二： 故障原因 n初步分析套管断裂原因为套管法兰与瓷套之间填充水泥因受潮及温 度变化膨胀，产生不均匀应力，挤压瓷套根部造成瓷套根部薄弱处损 伤，并在开关内部压力情况下断裂飞出。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （二）瓷质问题（二）瓷质问题 1. 先天性裂纹先天性裂纹 n支柱瓷绝缘子在制造或运输过程中残留了试验时难以检出的 微小裂缝，在运行中可能发展成裂纹甚至断裂。超声波探伤是 检测瓷件裂纹的有效方法，应定期对绝缘子进行超声波探伤。 然而，运用超声波探伤手段不具有实时性，在两次探伤期间， 绝缘子可能产生裂纹或导致断裂事故。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例三：案例三： n*年4月15日， 500kV*变5023开关C相发生套管爆炸故障。 n生产厂家：生产厂家：西安西电开关电气有限公司； n型号：型号： LW13A- 550/Y； n出厂编号：出厂编号：623 该开关为该开关为2010年年4月月 改造设备，改造设备，4月月3日全部日全部 交接试验项目合格后投交接试验项目合格后投 运 。 套 管 为 法 国运 。 套 管 为 法 国 CERALEP公司公司1999年产年产 品。品。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例三：案例三： n开关两侧CT筒内壁及梅花触头座外表面有多处明显放电痕迹。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例三：案例三： n瓷套内壁多处存有深浅不一裂纹，多数裂纹为釉面微裂纹；瓷套内 壁釉面涂敷不均匀，存有点状凹坑和麻点为橘釉状，下部法兰内部有 一裂纹较大起裂处，疑为首先开裂点。 内壁裂纹情况 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例三：案例三： n瓷套分段粘接情况良好；断裂面瓷质颜色呈正常白色，部分瓷体瓷 质粗糙，脆性断裂型貌，个别瓷断层呈现分层状面。 瓷套分段粘接情况 断裂面瓷质情况 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例三：案例三： n法兰与瓷套外胶装部分多处存在粘合不良情况，瓷套下部法兰与瓷 套胶接处沙区局部黏合不良 瓷套法兰与瓷套外胶装部分粘合不良 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例三：案例三： 故障原因 n根据对故障瓷套检查分析，故障套管瓷套胶装区域存在粘合不良等 缺陷，在长期运行中因应力集中，瓷套下部内壁产生裂纹，在交变温 度等应力的作用下，裂纹逐步扩展，瓷套剩余壁厚无法承受压力作用 ，最终导致瓷套爆裂。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （二）瓷质问题（二）瓷质问题 2. 有杂质，砂眼或气泡有杂质，砂眼或气泡 n瓷件在制造过程中，未严格按照生产工艺的要求，原料混入 杂质或拌料不均匀，均会导致瓷绝缘子机械性能下降，在运行 中受到震动或者压力会导致断裂或者爆炸。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例四：案例四： nXX年X月X日，220kV XX变新建XX出线间隔发生开关爆炸故障。 生产厂家：生产厂家：苏州阿海珐（AREVA）高压电气有限公司； 型号：型号：GL314E； 出厂日期：出厂日期：2009年； 出厂编号：出厂编号：09 314 1050 01； 灭弧室瓷套制造厂：灭弧室瓷套制造厂：河南 爱依德公司 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例四：案例四： n瓷套内壁多处存有深浅不一裂纹，多数裂纹为釉面微裂纹；瓷套内 壁釉面涂敷不均匀，存有点状凹坑和麻点为橘釉状，下部法兰内部有 一裂纹较大起裂处，疑为首先开裂点。 疑似有砂眼或气泡的瓷套碎片 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例四：案例四： 检测部门检查情况 对碎瓷的断面检查，有个约5mm2近内表面的米粒大小黑点； 异常黑点成分为铁氧化物，瓷件有杂质。 针对此可疑黑点进行了调查和分析后，发现系瓷套制造厂车间生产工 人在烧致、搬运过程中掉落（10kg左右）泥段，该工人私自将泥段 处理后投入细练机，而该泥段在处理后仍留有微小生铁杂质（或氧化 铁）。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例四：案例四： 故障原因 n产品成瓷的过程中发生了反应，杂质在高温下产生还原性气体，在 后期烧制过程中发生体积膨胀，使瓷套近内表面处产生了张应力。该 瓷套在工厂内超声波探伤时被探测出却未及时进行标识、隔离，并随 其它合格品一起出厂，在装配、运输、安装调试、开关充气保压的过 程中使缺陷进一步放大，最终导致瓷套发生爆炸。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （二）瓷质问题（二）瓷质问题 3. 青边现象及分析 n青边问题原因主要是由于在烧制过程中由FeO还原至Fe2O3 这一过程不充分。 n抚顺电瓷厂90年代中期产品发生支柱瓷绝缘子断裂故障较多 ，该厂产品产量相对80年代末、90年代初成数倍增长，由于 产量迅速扩大，在产品原料选取、生产工艺等方面存在一定问 题。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例五：案例五： nXX年X月X日，220kV XX变新建XX出线间隔发生开关爆炸故障。 生产厂家：生产厂家：沈阳高压开关有限责任公司； 型号：型号： GW4- 220IVDW ； 出厂日期：出厂日期：1997年4月； 投运日期：投运日期：1997年12月 出厂编号：出厂编号：974.017 ； 支持绝缘子生产厂家：支持绝缘子生产厂家：抚顺县电瓷厂 支持绝缘子型号：支持绝缘子型号：FX.1996.8 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例四：案例四： n从现场断裂支持绝缘子情况看，断裂部位在下节支持绝缘子上法兰 处，断口处无明显旧伤，从断面来看，瓷瓶烧制工艺较差，内部存在 青芯现象，此外从断面分析，法兰处瓷瓶与水泥之间没有沥青，瓷瓶 表面没有防水胶。 三、故障原因分析三、故障原因分析 案例四：案例四： 故障原因 n该瓷瓶存在质量缺陷，瓷瓶与法兰之间没有缓冲沥青层，运行中由 于温差原因，瓷瓶容易受到应力作用进而产生裂纹，造成抗弯性能下 降。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （三）运行维护问题（三）运行维护问题 1. 运行检修人员操作不规范造成绝缘子损坏 n设备检修过程中，检修人员将支持绝缘子作为安全带固定点 、绝缘子拆装过程中由于未妥善吊装或者磕碰造成绝缘子破损 或出现裂纹、金属法兰与绝缘子胶合破坏、绝缘子表面碰伤等 问题，为设备的运行造成安全隐患。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （三）运行维护问题（三）运行维护问题 2. 绝缘子运行时间长老化 n瓷瓶运行时间较长，防水胶失效，导致金属法兰和瓷瓶结合 处进水。金属法兰和瓷件的胶装外部密封层受到破坏后，或破 坏后处理效果较差，使长期暴露在空气中的绝缘子吸附空气中 的水汽和雨雪侵袭，造成水份进入金属法兰与瓷件胶合处，引 起冰应力膨胀和水泥胶装剂水合膨胀应力的损害。 三、故障原因分析三、故障原因分析 （三）运行维护问题（三）运行维护问题 3.恶劣的气候条件 n外力引起支柱瓷绝缘子断裂主要是暴风骤雨引起共振，使高 压支柱绝缘子异常受力超过其破坏负荷所致。也有极个别遭雷 击断裂的情况。这些先天缺陷在运行中其它各种外力的共同作 用下，显现出的就是根部易断裂这一特点。 四、标准要求四、标准要求 绝缘子尺寸偏差绝缘子尺寸偏差 n结构高度偏差：结构高度偏差：允许偏差（1.50.001h）mm；h以mm计。 n圆度公差：圆度公差：当D300（0.04d1.5）mm；（D为瓷件直径）； n当D300（0.025d6）mm；（D为瓷件直径）； n当D为瓷套内径时，应为(0.025D+1.5)mm； n当未测量瓷件的圆度而测量瓷件圆截面的直径差时，其最大直径与最小直径 差值的一半不应超过如下值： n当D250时，(0.01D+2.5)mm; n当D250时，0.02Dmm。 n爬电距离偏差：爬电距离偏差：以公称值(包括最A公称位)规定时，最大偏差为:（0.04L 1.5）mm；(L为公称爬电距离，mm)；以最小值规定时，爬电距离的测量值 不得小于此值。 n安装孔角度偏差：安装孔角度偏差：1（顺时针或逆时针方向）。 四、标准要求四、标准要求 耐污秽性能耐污秽性能 n支柱绝缘子瓷件的最小公称爬电比距（按系统最高电压计）级污区 不小于25mm/kV、级污区不小于31mm/kV。 n当瓷件等效直径D大于等于300mm时，爬电距离应作以下校正： n300mmD500mm时，爬电距离在以上基础上应增大10%； nD500mm时，爬电距离在以上基础上应增大20%。 四、标准要求四、标准要求 铭牌：铭牌：支柱绝缘子铭牌应符合国标的要求，铭牌用耐腐蚀材 料制成，字样、符号应清晰耐久，铭牌应在正常运行和安装位 置明显可见。 法兰盘：法兰盘：支柱绝缘子法兰盘要求热镀锌，镀锌件应符合JB/T 8177的规定。法兰盘与瓷件胶装处应涂硅类防水胶