復(fù)合型絕緣子在網(wǎng)運(yùn)行研究

曾 能

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

1 復(fù)合絕緣子斷裂緊急事故案例

2011 年 11 月，深圳局所轄 500 kV 嶺深乙線 N21 塔 A 相雙串復(fù)合絕緣子中大號(hào)側(cè)串下端接近均壓環(huán)位置出現(xiàn)斷裂，深圳局即刻緊急停電和更換A 相并聯(lián)串合成絕緣子。為找出復(fù)合絕緣子斷裂緊急事故的原因，深圳局及其所委托的權(quán)威機(jī)構(gòu)通過試驗(yàn)進(jìn)行了查明。

1)深圳局利用紅外精確測試技術(shù)，全面檢查500 kV 嶺深甲乙線607 串復(fù)合絕緣子，其中紅外測溫記錄顯示:87 串復(fù)合絕緣子的高壓端端部溫度提升1℃ ～5℃;58 串復(fù)合絕緣子的高壓端端部溫度提升5℃以上，其余復(fù)合絕緣子相對(duì)正常。

2)借助外觀檢查、污穢測量、紅外檢測、紫外檢測、剖查試驗(yàn)等手段，發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子的護(hù)套和芯棒界面均存在局部放電現(xiàn)象，在高場強(qiáng)和機(jī)械壓力的持續(xù)作用下，芯棒逐漸蝕損并斷裂。除此之外，復(fù)合絕緣子設(shè)計(jì)時(shí)沒有充分考慮均壓環(huán)，在電壓作用下，絕緣子的高壓端端部強(qiáng)值高于平均水平，也會(huì)引起端部溫度上升。

2 復(fù)合絕緣子斷裂緊急事故檢測

為保證復(fù)合絕緣子在網(wǎng)正常運(yùn)行，筆者針對(duì)以上深圳局所轄500 kV 嶺深乙線N21 塔A 相雙串復(fù)合絕緣子斷裂緊急事故的案例情況，對(duì)該緊急事故展開全方位的檢測，以提煉出規(guī)避復(fù)合絕緣子斷裂事故的具體方法。

2.1 外觀檢查

為便于觀察，在復(fù)合絕緣子發(fā)生斷裂后，將掉串?dāng)嗔呀^緣子和并聯(lián)但未斷裂的絕緣子分別定義為A 和B，待測量的絕緣子外觀參數(shù)為傘裙、大傘間距、芯棒直徑、桿徑、大傘直徑、小傘直徑、單元數(shù)、公稱長度、公稱爬距、表面積，經(jīng)比對(duì)測量，A、B絕緣子的整體參數(shù)均一致，但老化程度和積污有明顯差異，其中絕緣子A 高壓端呈深黑色，絕緣子B 高壓端呈淺灰色，可見A 的積污程度較為嚴(yán)重。除此之外，判斷絕緣子是否掉串?dāng)嗔眩€可通過表面光澤進(jìn)行判斷，并且破損的部位存在多處蝕孔，除了斷口和蝕孔之外沒有看到其他破損。

2.2 斷口觀察

通過外觀檢查，找出掉串?dāng)嗔盐恢煤?，發(fā)現(xiàn)斷口橫斷面的形態(tài)有差異點(diǎn)，初步判斷導(dǎo)致絕緣子斷裂的原因有多方面，并選擇斷裂絕緣子距離球頭端頭51 cm 位置的高壓端斷口進(jìn)行觀察。

斷口一:斷口位置芯棒蝕孔向?qū)γ娲蠹s有30% ～40%面積呈乳白色，未發(fā)現(xiàn)腐蝕跡象，而蝕孔右下側(cè)的合?？p位置呈深褐色，表示該部位芯棒受到長期腐蝕，并且可能由蝕孔導(dǎo)致。如圖1 所示。

斷口二:斷口位置芯棒呈掃帚狀，且相比于下側(cè)斷裂位置的乳白色纖維長度，深褐色的環(huán)氧樹脂纖維長度更短，因此，可初步推斷該斷口與絕緣子的脆斷故障無關(guān)，主要是因?yàn)槲锤g和已腐蝕纖維的受力特征不同。如圖2 所示。

圖1 斷裂絕緣子腐蝕痕跡

圖2 斷裂絕緣子斷口側(cè)面

2.3 蝕損點(diǎn)觀察

關(guān)于斷裂絕緣子的蝕損點(diǎn)，有凸起點(diǎn)和蝕損孔，將外力輕微施加在凸起位置，就會(huì)馬上塌下，形成蝕損孔。蝕損點(diǎn)主要分布在接近高壓端的14 個(gè)單元內(nèi)，并在蝕損點(diǎn)周圍發(fā)現(xiàn)可能由于機(jī)械力造成的芯棒裂紋，甚至有部分蝕損孔侵蝕到芯棒位置，并開始腐蝕絕緣子的芯棒。蝕損點(diǎn)形成的復(fù)合絕緣子高壓側(cè)擊穿孔如下圖3 所示。

2.4 其他檢測

除了以上三種檢測方法，斷裂絕緣子表面憎水性和污穢度測量、紅外特性與異常電暈測量、材料滲透試驗(yàn)和吸水試驗(yàn)等，均為輔助檢測復(fù)合絕緣子斷裂事故的重要手段。

2.4.1 斷裂絕緣子表面憎水檢測

按照實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)絕緣子A 與B 的憎水性，其中絕緣子A高壓端上表面、A 高壓端下表面、A 低壓端上表面、A 低壓端下表面、B 高壓端上表面、B 高壓端下表面、B 低壓端上表面、B 低壓端下表面的憎水性分級(jí)分別為 HC5、HC6、HC6、HC3、HC5、HC4，HC6、HC2。通過試驗(yàn)，可以看出相比于絕緣子B，復(fù)合絕緣子A 整體表面的憎水性較差，尤其是高壓端表面的憎水性。

2.4.2 紅外特性與異常電暈檢測

復(fù)合絕緣子A 和B 在318 kV 實(shí)驗(yàn)電壓下，分別觀察A 和B 的紅外特性，其中A 高壓端和中部距離高壓端14 個(gè)單元周圍的溫度明顯上升，并有明顯電暈現(xiàn)象，而B 僅在高壓端周圍出現(xiàn)溫度上升和電暈。由此可以推斷，絕緣子溫度上升的原因，與電暈放電具有直接關(guān)聯(lián)。如下圖4 所示。

圖3 斷裂復(fù)合絕緣子高壓側(cè)的擊穿孔

圖4 絕緣子溫度場分布

2.4.3 芯棒材料滲透試驗(yàn)和吸水性實(shí)驗(yàn)

根據(jù)滲透實(shí)驗(yàn)的基本要求，以15 min 作為單位觀測時(shí)間，發(fā)現(xiàn)芯棒材料在這個(gè)時(shí)間內(nèi)未能滲透到表面，而將芯棒材料加工成為50 ±1 mm 的棒段，并在50℃溫度環(huán)境中進(jìn)行烘干，24 h后放在溫度23℃的離子水內(nèi)浸泡，24 h 后取出吸干表面水分，再進(jìn)行稱重，發(fā)現(xiàn)復(fù)合絕緣子A 和B 的吸水率都在0.05%以內(nèi)，在一定程度上可能會(huì)老化材料。通過解剖故障絕緣子，并分析水分對(duì)材料老化的影響，發(fā)現(xiàn)芯棒材料里面的玻璃纖維與水分、臭氧等依次發(fā)生離子交換、玻璃侵蝕、腐蝕等反應(yīng)，其中離子交換和玻璃侵蝕為芯棒內(nèi)的玻璃纖維，而芯棒和護(hù)套被腐蝕后，水與局方產(chǎn)生臭氧，使得芯棒的機(jī)械性能不斷下降。尤其是在多雨或者潮濕的季節(jié)，存在缺陷的絕緣子被滲入水蒸氣，使得電導(dǎo)率和泄露電流密度增大，從而形成發(fā)熱點(diǎn)，長期暴露在這種環(huán)境中的芯棒，就會(huì)逐漸老化。

3 在網(wǎng)運(yùn)行預(yù)期效益

根據(jù)以上復(fù)合絕緣子斷裂事故的檢測分析結(jié)果，我們需要進(jìn)一步采取措施，提高絕緣子在網(wǎng)運(yùn)行的效益水平。

3.1 在網(wǎng)運(yùn)行措施

關(guān)于復(fù)合絕緣子的在網(wǎng)運(yùn)行，其具體措施包括完善熱對(duì)流試驗(yàn)，分析發(fā)熱與積污之間的關(guān)系，控制場強(qiáng)。

3.1.1 完善熱對(duì)流試驗(yàn)

上文檢測說明復(fù)合絕緣子內(nèi)部存在缺陷，并在環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等環(huán)境因素以及材質(zhì)本身的影響下，造成溫度上升。為此，我們需要進(jìn)一步完善熱對(duì)流試驗(yàn)，準(zhǔn)確掌控環(huán)境因素和材質(zhì)情況，以便準(zhǔn)確描述出絕緣子內(nèi)部實(shí)際溫度的變化情況。期間需要借助拍攝器材和取景器材，取證發(fā)熱區(qū)域的影響情況。通過取證，發(fā)現(xiàn)絕緣子內(nèi)部溫度上升后，表面溫度集中在中心位置，并逐漸往周圍梯形擴(kuò)散，從而形成了溫線形狀。為了避免取證分辨率不足問題，在觀測時(shí)候不能選擇太大的觀察區(qū)域，以及在利用紅外攝像機(jī)觀察發(fā)熱區(qū)域的時(shí)候，要特寫發(fā)熱區(qū)域，這樣才能提高熱對(duì)流試驗(yàn)的完整性和精確度。

3.1.2 分析發(fā)熱與積污之間的關(guān)系

經(jīng)研究，可見存在缺陷的絕緣子內(nèi)局部溫度上升后，外部同位置的積污程度會(huì)逐漸加重，而積污部位在潮濕的環(huán)境中，發(fā)熱的現(xiàn)象會(huì)更加劇烈，雖然不能完全證明局部發(fā)熱與積污之間存在必然聯(lián)系，但仍可說明兩者之間存在相互作用，需要進(jìn)一步深入研究。在檢測發(fā)熱絕緣子的時(shí)候，針對(duì)已經(jīng)存在發(fā)熱現(xiàn)象的絕緣子，在檢查其表面積污程度的同時(shí)，還要檢查絕緣子的憎水性、機(jī)械性能等，以此掌握絕緣子整體的電氣性能和機(jī)械性能，以及絕緣子的老化狀態(tài)。

3.1.3 場強(qiáng)控制鑒于絕緣子沿面場強(qiáng)分布的不均勻現(xiàn)象，譬如高壓端周圍的場強(qiáng)比較大，并引發(fā)水珠電暈和發(fā)熱現(xiàn)象，而且會(huì)起局部放電，在臭氧和水分環(huán)境中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成腐蝕性的硝酸，從而降低了絕緣子的機(jī)械性能。為此，我們需要控制絕緣子端的場強(qiáng)，筆者建議借助有限元軟件，就高壓端沿面場強(qiáng)的分布情況，合理安排絕緣子均壓環(huán)的尺寸和安裝位置等。

3.2 在網(wǎng)運(yùn)行效益

通過以上復(fù)合絕緣子斷裂事故的檢測和在網(wǎng)運(yùn)行控制，案例工程的在網(wǎng)運(yùn)行可預(yù)計(jì)獲得以下幾方面的效益。

3.2.1 有利表面場強(qiáng)控制值設(shè)定復(fù)合絕緣子水珠電暈問題的解決，對(duì)于絕緣子表面場強(qiáng)控制值設(shè)定，能夠提供合理的依據(jù)，而且可以解釋絕緣子特殊放電和不明閃絡(luò)的原因，對(duì)于絕緣子斷裂事故的控制，具有非常重要的工程參考意義。

3.2.2 減少絕緣子更換成本絕緣子斷裂的電暈放電、憎水遷移失效、沿面燒蝕、閃絡(luò)等，需要更換絕緣子，以保證電網(wǎng)的可靠性。合理的檢測手段和控制手段，能夠保證絕緣子的正常運(yùn)行，并且減少斷裂事故的發(fā)生，對(duì)于線路安全運(yùn)行的成本控制，起到實(shí)質(zhì)性的作用。

3.2.3 保證絕緣子的安全運(yùn)行本文通過研究，提出紅外圖像檢測、紫外圖像檢測等，適用于電網(wǎng)工程現(xiàn)場的操作需求，有效地保證絕緣子安全運(yùn)行。

4 結(jié)語

綜上所述，復(fù)合絕緣子的在網(wǎng)運(yùn)行，斷裂事故是亟需解決的工程事故之一，而文章通過對(duì)深圳局所轄500 kV 嶺深乙線N21 塔A 相雙串復(fù)合絕緣子斷裂事故檢測的研討，提出了該工程絕緣子在網(wǎng)運(yùn)行的控制措施和運(yùn)行效益，對(duì)其他工程具有一定的參考借鑒意義。

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