500kV懸式瓷絕緣子絕緣降低原因分析及克服措施

金文建 呂兆俊

摘?要：漕涇電廠500kV系統(tǒng)XWP2型懸式瓷絕緣子，通過(guò)人工巡檢、定時(shí)跟蹤和無(wú)人機(jī)輔助巡視等手段，檢測(cè)到絕緣瓷瓶發(fā)生表面局部燒灼傷、釉彩失色和內(nèi)碗結(jié)垢等一系列異常;甚至部分鋼腳出現(xiàn)發(fā)熱變色、金具燒傷等嚴(yán)重現(xiàn)象。對(duì)設(shè)備停電檢修與維護(hù)、人工清掃和清洗處理后，絕緣數(shù)值仍然偏低。電氣設(shè)備絕緣性能下降，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行會(huì)帶來(lái)威脅。本文簡(jiǎn)要介紹絕緣子整體性能降低的原因，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況提出克服措施。

關(guān)鍵詞：懸式絕緣子;絕緣降低;克服措施

1 概述

XWP2盤(pán)型耐污型懸式瓷絕緣子（以下簡(jiǎn)稱(chēng)瓷絕緣子），是一種將架空輸電線路導(dǎo)線絕緣地固定和懸掛在桿塔上的特殊的絕緣控件，其作用是懸掛導(dǎo)線并使導(dǎo)線與桿塔、大地間保持絕緣。漕涇電廠500kV線路上運(yùn)行的XWP2-160瓷絕緣子串，長(zhǎng)處于上海電力系統(tǒng)污穢區(qū)域E級(jí)氣候環(huán)境，運(yùn)行至今10年多，在內(nèi)力和外力的長(zhǎng)期作用下，且地理位置位處杭州灣易受臺(tái)風(fēng)侵襲之地。2019年10月，在2號(hào)機(jī)組C級(jí)檢修中，結(jié)合危險(xiǎn)有害因素分析、預(yù)評(píng)估情況，重點(diǎn)排查2號(hào)主變500kV瓷絕緣子隱患點(diǎn)，瓷絕緣子（主變側(cè)、GIS套管側(cè)）經(jīng)歷絕緣測(cè)量、多次清揩，再?gòu)?fù)測(cè)，95%以上絕緣片絕緣電阻均在《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T596-1996）要求標(biāo)準(zhǔn)500兆歐以下;單串（每串40片）總絕緣值10000兆歐以下，其中GIS套管側(cè)B相、C相左聯(lián)整串，甚至是5000兆歐，單片50兆歐普及面較廣。舉一反三，10月24日，01號(hào)高備變停電檢修，架空線絕緣子例行維護(hù)的試驗(yàn)結(jié)果與2號(hào)主變基本一致，瓷絕緣子（變壓器側(cè)、GIS套管側(cè)）在絕緣電阻測(cè)量及多次清揩和復(fù)測(cè)后90%以上不合格。通過(guò)二次緊急搶修更換項(xiàng)目施工，2號(hào)主變、01號(hào)高備變500kV懸式絕緣子全部更換完畢，雙聯(lián)絕緣子全達(dá)50000兆歐以上;60kV交流耐壓10%抽樣試驗(yàn)，全合格，符合《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50150-2016）要求。

2 現(xiàn)場(chǎng)嘗試及外觀檢查

2.1 現(xiàn)場(chǎng)嘗試

（1）10月22日，在環(huán)境濕度60%，氣溫26℃，利用SJC-6數(shù)顯絕緣子測(cè)試儀對(duì)懸掛的瓷絕緣子進(jìn)行了絕緣測(cè)試，單片最低R<9兆歐;另一片酒精擦拭后R>500兆歐，5分鐘后R=360兆歐，均不合格。

（2）10月24日，在01號(hào)高備變停役當(dāng)日即進(jìn)行GIS側(cè)懸式絕緣子絕緣數(shù)值測(cè)量，以干布、氣泵氣吹瓷瓶鋼腳的方式進(jìn)行清掃，絕緣子仍無(wú)法達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn);并且觀察到瓷瓶?jī)?nèi)碗處積油污，上述清揩也無(wú)法根除油膩污垢，只能百潔布清揩干凈;再測(cè)試絕緣值可大于500兆歐。

（3）10月25日，將1串30片絕緣子用高壓水槍反復(fù)沖洗，第二天下午復(fù)測(cè)絕緣子，18片合格（其中5片正好為500兆歐），12片不合格，合格率60%。

（4）10月27日，將拆卸下01號(hào)高備變本體側(cè)絕緣子串測(cè)量總長(zhǎng)度時(shí)，發(fā)現(xiàn)總長(zhǎng)度（單片結(jié)構(gòu)高度公稱(chēng)值：155mm左右，共40片）一般在620cm變化到640cm以上，A相瓷串（最東側(cè)）652cm，明顯有拉伸變長(zhǎng)現(xiàn)象。

（5）交流耐壓試驗(yàn)是判斷絕緣子抗電強(qiáng)度直接的方法。10月28日18：30將拆卸三單元舊絕緣子作被試品，進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓至10kV，鐵帽與瓷面結(jié)合面有激烈放電現(xiàn)象，試驗(yàn)電壓至30kV-40kV時(shí)，瓷串間沿面放電、拉弧現(xiàn)象更為明顯。

2.2 外觀檢查

（1）絕緣子瓷裙內(nèi)碗處積油污嚴(yán)重（圖1編號(hào)1所示）。

（2）鋼腳附近的水泥膠合劑失效、脫落（圖1編號(hào)2所示）。

（3）絕緣子內(nèi)碗部結(jié)垢嚴(yán)重（圖1編號(hào)3所示）。

（4）絕緣子鋼腳熱鍍鋅層腐蝕、皺皮（圖2編號(hào)4所示）。

（5）懸垂絕緣子瓷面燒傷（圖2編號(hào)5所示）。

（6）絕緣子內(nèi)碗深處放電，鋼腳發(fā)熱、變色（圖2編號(hào)6所示）。

（7）絕緣子鐵帽放電灼傷（圖3編號(hào)7所示）。

（8）絕緣子鋼腳發(fā)生“腳延伸”（圖3編號(hào)8所示）。

（9）金具連板電弧燒傷（圖3編號(hào)9所示）。

3 原因分析

雙傘耐污型盤(pán)型懸式瓷絕緣子，理論運(yùn)行周期30年。對(duì)漕涇電廠500kV懸式絕緣子運(yùn)行至今十年多，短周期運(yùn)行演變，其絕緣數(shù)值降低劇變主要原因，分析如下。

（1）瓷絕緣子采用內(nèi)膠裝結(jié)構(gòu)，膠裝粘合劑和鋼腳、鐵帽以及瓷質(zhì)傘群的熱膨脹系數(shù)各不相同，在長(zhǎng)期晝夜不同溫差的環(huán)境下瓷質(zhì)傘群將受到壓應(yīng)力和剪切應(yīng)力。

（2）絕緣子頭部結(jié)構(gòu)決定本身機(jī)電強(qiáng)度，作用到絕緣子上的機(jī)械負(fù)荷由鋼腳、鐵帽、瓷瓶頭部以及鋼腳和鐵帽附近的水泥膠合劑所承受，這些承受機(jī)械負(fù)荷的組成部分構(gòu)成一彈性系統(tǒng)，因此絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度取決于各組成部分的形狀、尺寸、彈性以及其機(jī)械性能。

（3）瓷絕緣子在500kV超高壓作用下，對(duì)以往電廠和附近化工區(qū)排放的石膏雨及其他污染物有一定吸附作用，單靠人員每年上架空線一次無(wú)法做到徹底清潔，尤其XWP2盤(pán)型耐污型瓷絕緣子下表面結(jié)垢明顯，無(wú)法進(jìn)行清揩，導(dǎo)致瓷釉化學(xué)穩(wěn)定性下降;受污穢而放電，瓷面灼傷、鋼腳承受高溫發(fā)熱、變色，瓷面和熱鍍鋅鋼材性能發(fā)生“質(zhì)”變化。

4 克服措施

（1）對(duì)雙聯(lián)絕緣子串進(jìn)行清揩后總長(zhǎng)度參數(shù)數(shù)據(jù)化建立，觀察絕緣子在受額定拉伸負(fù)荷時(shí)，各部位的位移和應(yīng)力情況，論證瓷絕緣子膠合部分和瓷件部分受壓的特性，并通過(guò)分析判定絕緣子鋼腳變形或瓷件的破裂。

（2）加強(qiáng)巡視檢查，如果發(fā)現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)、臟污、破裂、燒傷、鐵帽及鋼腳發(fā)熱、損壞，連接金具是否損壞、變形、接線端子處是否發(fā)熱等，要及時(shí)組織停電清掃或沖洗，甚至更換。

（3）自然惡劣天氣、電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障、天氣暴冷暴熱、受到臺(tái)風(fēng)等破壞時(shí)要加強(qiáng)巡視檢查。

（4）根據(jù)污穢等級(jí)區(qū)域分布，采取不同地域相應(yīng)預(yù)防解決方法，延長(zhǎng)絕緣子使用壽命，保證發(fā)變輸送電。

（5）推廣應(yīng)用絕緣子模態(tài)分析，建立絕緣子的三維模型，對(duì)絕緣子進(jìn)行模態(tài)分析，提取結(jié)構(gòu)的前階模態(tài)固有頻率和振型，分析絕緣子的振動(dòng)特性，從而為后續(xù)的動(dòng)力研究以及故障的診斷提供依據(jù)。

（6）瓷絕緣子表面污穢物的等值鹽密，每年定期執(zhí)行一次。鹽密度測(cè)試樣本瓷瓶，1∶1質(zhì)量、安裝方式參照，檢查其機(jī)械強(qiáng)度及觀察鋼腳、膠合體變化。在天氣晴朗且大氣濕度小于80%的條件下、避開(kāi)清晨與傍晚時(shí)間，定期測(cè)量絕緣電阻;交流耐壓下觀察火花放電和聲音。

（7）加強(qiáng)紅外測(cè)溫及紫外測(cè)溫手段巡檢手段，通過(guò)溫度場(chǎng)的分布監(jiān)測(cè)判斷絕緣子是否有潛在隱患，及時(shí)對(duì)耐張串進(jìn)行更換。

5 結(jié)論

瓷絕緣子在超高壓下，瓷釉化學(xué)穩(wěn)定性、內(nèi)碗積油污放電、鐵帽灌裝水泥膨脹和機(jī)械過(guò)載劣化等，都是導(dǎo)致絕緣子絕緣數(shù)值下降主要原因。瓷絕緣子性能取決于其絕緣本身，結(jié)合不同天氣、不同地理環(huán)境建立完善的巡視檢查和定期維護(hù)保養(yǎng)制度，及時(shí)檢查出運(yùn)行中存在的不良絕緣子，排除隱患，對(duì)于杜絕該類(lèi)缺陷是可能的并且是有效的。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，盤(pán)形絕緣子鋼腳，JB/T9677-1999.

[2]王政源.淺談瓷絕緣子的老化與檢測(cè)[J].廣東電力，1997（2）.

[3]廖福才.輸變電設(shè)施的電磁污染與防護(hù)措施[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2019：175-176.

作者簡(jiǎn)介：金文建（1970—?），男，漢族，上海人，專(zhuān)科，助理工程師/技師，主要從事電力系統(tǒng)發(fā)變配電電氣設(shè)備檢修及隱患缺陷排查工作;呂兆俊（1972—?），男，漢族，上海人，專(zhuān)科，工程師/技師，主要從事電力系統(tǒng)電氣、繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)管理及實(shí)踐工作。