几种常见复合绝缘子的缺陷及诊断方法

王原生,周 焱,白跃华

(忻州供电分公司,山西忻州 034000)

几种常见复合绝缘子的缺陷及诊断方法

王原生,周 焱,白跃华

(忻州供电分公司,山西忻州 034000)

分析了运行中复合绝缘子出现的绝缘子破坏、绝缘子闪络等问题及产生的原因,提出观察法、泄漏电流法、紫外成像法、红外测温法等早期诊断方法,为及时发现复合绝缘子存在的问题,有效降低复合绝缘子缺陷,避免设备出现断串掉线事故提供参考。

输电线路;复合绝缘子;诊断方法

0 引言

复合绝缘子的应用已有近40 a的历史,已在27个国家和地区使用。大量运行经验表明复合绝缘子与瓷绝缘子相比有着不可比拟的优点:重量轻(仅为瓷绝缘子的1/10)、易安装;强度高、抗冲击 (玻璃纤维芯棒的强度是普通钢的1.5～2倍,比高强度瓷高3～5倍);复合绝缘子表面憎水性和憎水性迁移的特点使其具有很强的耐污能力 (同等污秽条件下复合绝缘子闪络电压是瓷绝缘子的2～3倍);不存在检测零值绝缘子的问题。基于这些优点复合绝缘子越来越受到欢迎[1,2]。

随着复合绝缘子在高压输电线路上日益广泛的应用,因其生产工艺、生产质量缺陷或老化、外力破坏及污秽引起的故障逐渐增多,对电力系统安全运行造成的威胁也不断加剧。为了及时发现复合绝缘子的事故隐患、避免突发事故、提高电力系统运行的安全可靠性,开展复合绝缘子在线检测是非常有必要的。

在众多复合绝缘子早期在线检测方法中,红外测温法是最有效的。

1 复合绝缘子常出现的问题

1.1 绝缘子破坏

导致电网恶性事故的绝缘子损坏:包括界面击穿、金具脱落、芯棒脆断等[3]。产生的主要原因如下。

a)复合绝缘子的产品质量还不够稳定,产品出厂检测不能发现某些潜在缺陷。

b)复合绝缘子不合规范操作或在长期运行过程中机械强度下降、金具松动、芯棒有酸性气体侵入,致使芯棒脱落或脆断。

c)长期运行中硅橡胶劣化引起绝缘子绝缘电阻降低,一些运行过的绝缘子伞裙弹性减弱,易撕裂,这表明硅橡胶表面材质起了变化。

d)外力。作用复合绝缘子出现不易察觉损坏,运行中由于局部放电的长期侵蚀使损坏严重,导致绝缘子界面击穿的主要原因。

1.2 绝缘子闪络

绝缘子闪络产生的主要原因如下。

a)绝缘子质量不稳定。

b)雷击闪络。

c)鸟害闪络。

d)污闪。复合绝缘子虽然有很好的防污秽能力,但在重污区以及重粉尘区一遇上持续大雾、连阴雨、结露及融冰雪等潮湿天气,少数爬距比较小的复合绝缘子还是会发生闪络。

2 复合绝缘子缺陷的形成

2.1 复合绝缘子表面的电蚀损及电灼痕迹的形成

复合绝缘子在长年运行中,大气中的各种污秽会逐渐沉积在伞裙表面形成污秽层,遇小雨、大雾等高湿度天气时绝缘子表面就会布满细小的水珠,沿面电压也随之改变,水珠间的干燥点承担主要电压。由于表面电阻减小,沿面泄漏电流大为增加,当干燥点的电位梯度大到一定程度后就会降低该处伞裙护套的表面憎水性,使表面电阻进一步减小,泄漏电流进一步增加,出现若干个比干燥点范围更大的干带,并在干带表面引发比火花放电更强烈的局部小电弧。局部小电弧的反复作用则会使耐漏电起痕及电蚀损性不高的材料降解,最终导致复合绝缘子表面破损出现导电碳化通道,很容易造成绝缘子闪络或其他故障。研究表明,强电场下的局部放电、热胀冷缩、受潮水解和紫外线等高能射线的长期作用,是导致复合绝缘子老化的主要原因,绝缘子的机电性能会因老化而退化[4]。

2.2 复合绝缘子芯棒的脆断

芯棒是一种单向纤维增强复合材料,并且通常不是脆性极高的材料。芯棒短时拉伸断裂形态是纤维在芯棒中不同位置的逐渐断裂,同时伴随大量的纤维与树脂基本的分离分层现象,断口粗糙如扫帚或齿牙形。对于复合绝缘子芯棒而言,其短时拉伸断裂一般是从应力集中的金具与芯棒连接区域起始[5]。

a)大多数脆断发生的位置靠近高压端金具口部以外,此处是复合绝缘子电场强度和机械应力最高的区域,但也有少数发生在距金具稍远或金具以内的位置[6]。

b)脆断绝缘子所承受的机械负荷并不高,按照绝缘子强度蠕变的规律来推算,芯棒不会在此运行时间内出现断裂现象[7]。

c)芯棒脆断事故发生的时间难以预计。短至1个月,长至十几年均可能发生。研究表明,造成运行过程中复合绝缘子芯棒脆断的主要原因是由于芯棒与金具连接部位密封不好,造成密封胶与金具粘结的薄弱界面开裂,外部酸雨经裂开的缝隙直接渗透到芯棒裸露部位,这些酸性物质缓慢腐蚀芯棒使得芯棒产生裂纹,酸雨进一步侵蚀最终造成复合绝缘子的芯棒脆断。

3 复合绝缘子早期诊断方法

3.1 观察法

巡视人员巡视时,用双筒望远镜在塔下检查复合绝缘子表面缺陷,如绝缘伞裙受侵蚀、变粗糙,外覆层侵蚀的沟槽和痕迹,绝缘伞裙闪络,伞裙或外覆层开裂,外覆层破碎,芯棒外露等。但该方法存在的缺点是,在地面观察复合绝缘子时,受角度和距离影响,结果不可靠,且很难发现复合绝缘子内部的绝缘问题。该方法只适宜进行复合绝缘子外部检查。

3.2 泄漏电流法

泄漏电流测量法利用泄漏电流沿面形成原理,通过绝缘子接地侧安装引流卡或电流传感器在线实时测量泄漏电流,经信号处理单元算出一段时间内泄漏电流的各种统计值 (如峰值平均值、峰值最大值或大电流脉冲数),将数据送到数据总站,运用专家知识和自学习算法评估和预测绝缘子的积污情况,为绝缘子状态检测提供依据。泄漏电流法主要用于检测绝缘子的污秽程度。泄漏电流法存在的主要问题是必须加装一片瓷绝缘子来截取泄漏电流,这对整个复合绝缘子串的机械、电气强度都会有影响,并且泄漏电流法难以反映复合绝缘子的劣化程度,其实际应用受到制约。

3.3 紫外成像法

电子紫外光学探伤仪可带电检测复合绝缘子表面局部放电形成的碳化通道和蚀损,其原理是局部放电过程中带电粒子复合会放出紫外线,当绝缘子表面形成导电性碳化通道时,局部放电加剧。电子紫外光学探伤仪可检测和记录潮湿环境中,复合绝缘子表面污染放电、表面腐蚀放电或安装不当连接金具、均压环上的强电晕放电。缺点是需在正温度环境下操作;检测时必须是正在发生局部放电,故需在高湿度甚至有降雨的环境中进行。该方法只适宜进行复合绝缘子局部放电检查。

3.4 红外测温法

红外测温法是一种实用、方便的现场检测方法,它通过检测局部放电、泄漏电流引起的局部温度升高,较为直观地发现早期缺陷迹象。凡红外检测发现有明显局部过热点的绝缘子,其硅橡胶表面均显著发黑、粉化及变脆、变硬,有的有许多细小裂纹,憎水性基本丧失;甚至有的绝缘子护套有明显的破损点,而红外检测正常的绝缘子硅橡胶保持原来的鲜艳色泽,弹性及憎水性也较好。该方法适宜定期的红外测温检查,能够在不影响线路正常运行的情况下,较好地检测出复合绝缘子存在的芯棒与护套界面粘接不良、芯棒本身材质不良、护套老化等缺陷,是目前输电线路中最有效的检测复合绝缘子的非电量检测法。

3.5 定期抽查

定期对复合绝缘子进行各项抽查试验,并及时通报检测报告,根据检测结果对复合绝缘子制定相应的清扫、检修策略。根据 《山西省电力系统合成绝缘子使用管理规定》(晋电生技 [2005]82)要求,运行年限小于10 a的复合绝缘子,每年至少定期进行憎水性测量1次,运行年限超过10 a的,每年至少定期进行憎水性测量2次,如发现憎水性低于HC5级时,应及时更换该复合绝缘子。

4 结论

随着电网的不断扩张,复合绝缘子的应用越来越广泛,同时,在运行中发生各种故障的机会也会不断增加,对于复合绝缘子的使用,应综合考虑,努力扬长避短,以发挥它的最大功效。在实际使用中,应积极开展复合绝缘子早期诊断。红外热成像检测作为一项先进的诊断技术,必将越来越广泛地应用到输电线路运行中。

[1] 杨涛.合成绝缘子优缺点 [J].农村电工,2002(5):36.

[2] 周志敏.硅橡胶合成绝缘子的发展及其应用[J].大众公用,2004(6):20-22.

[3] 包军,余文辉,胡铁斌.合成绝缘子的性能与缺陷检测[J].湖南工程学院学报 (自然科学版),2001(Z1):32-35.

[4] 宿志一.运行中合成绝缘子存在的问题与原因分析[J].中国电力,1995,32(7):2-6.

[5] 徐其迎,李日隆.合成绝缘子的性能及应用问题探讨 [J].绝缘材料,2003(2):9-11.

[6] 李敬雄.浅谈合成绝缘子 [J].四川电力技术,2003(4):47-48.

[7] 王海跃,李香龙,汲胜昌,等.合成绝缘子在线检测方法的现状与发展 [J].高电压技术,2005(4):39-44.

Common Defects and Diagnosis Method of Composite Insulator

WANG Yuan-sheng,ZHOU Yan,BAI Yue-hua
(Xinzhou Power Supply Branch,Xinzhou,Shanxi 034000,China)

Problems and causes are analyzed on insulator damage and flashover in composite insulator operation.The early diagnosis methods are proposed such as observation,leakage current,ultraviolet image,and infrared temperature measurement in order to find defects,reduce defects and avoid line disconnection for composite insulator.

transmission line;composite insulator;diagnosis method

TM216,TM854

B

1671-0320(2010)01-0016-02

2009-08-25,

2009-12-17

王原生 (1975-),男,山西吕梁人,2001年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业,工程师,主要研究方向为高电压技术;

周 焱 (1973-),男,山西五台人,2005年毕业于西安交通大学高电压专业,工程师,主要研究方向为高电压技术;

白跃华 (1976-),男,山西五台人,2005年毕业于西安交通大学高电压专业,工程师,主要研究方向为高电压技术。