500kV进口合成绝缘子芯棒脆断原因分析及对策

刘洋，刘贞瑶，周志成，魏旭，李鸿泽，范晓东

（1.江苏省电力试验研究院有限公司，江苏南京211103；2.江苏省电力公司，江苏南京210024；3.苏州供电公司，江苏苏州215000）

合成绝缘子以其重量轻、机械强度高、憎水性强、耐污闪性能好、不测零值和少维护等优点，受到用户普遍认可和好评，发展十分迅猛。江苏电网使用合成绝缘子较早，目前110～500kV交直流线路上运行的合成绝缘子已超过26.5万支。合成绝缘子分内外绝缘两部分，外绝缘主要靠硅橡胶伞裙护套，内绝缘主要依靠芯棒，芯棒同时也是合成绝缘子机械负荷的承载部件，内外绝缘主要通过密封胶进行绝缘密封，目前合成绝缘子端部连接和密封技术已经经历了三代产品，1991～1997年第一代合成绝缘子采用真空灌胶内楔工艺，1996～1999年第二代合成绝缘子采用挤包穿伞内楔工艺，2000年至今第三代合成绝缘子采用挤包穿伞或整体注射压接工艺。随着合成绝缘子运行时间的增加，早期合成绝缘子在压接工艺和端部密封的不成熟导致了多起芯棒脆断事故，其中2004年浙江500kV线路发生3起，2002～2003年广东500kV线路发生2起，2006～2007年河南220kV线路发生2起，2009年福建电网发生数起。芯棒脆断已成为当前合成绝缘子所发生的最严重的事故，据不完全统计，国内发生的合成绝缘子脆断故障已超过20起[1-4]，产品涉及国外和国内的多个厂家，造成导线掉落等电网恶性事故，给电网安全带来巨大威胁。本文对江苏电网500kV合成绝缘子芯棒脆断事故进行总结分析，并提出相应的防范措施。

1 合成绝缘子事故概况

500kV 5649玉车线起始于玉山变电站，止于车坊变电站。线路全长16.19 km，2010年6月13日上午7：49巡线人员发现17号A相（下相大号侧）合成绝缘子断裂，断串绝缘子型号为99K6697/A，为德国赫斯特公司产品，2001年3月投运，运行时间9年。合成绝缘子断裂发生在17号杆塔A相靠近导线侧高压端处，距离金具约30 cm。事故地段距离蓝天热电厂约2.91 km，距离吴淞江1.49 km，属于D1级污秽区。2007年5月对该线路绝缘子进行了单串改为双串挂点，因此断串事故未造成导线落地重大事故。现场照片见图1。为了防止运行合成绝缘子再次发生芯棒脆断事故，对同批次运行的绝缘子进行红外普测，巡线发现500kV 5278石山线38号杆塔B相北侧的合成绝缘子芯棒异常发热，发热点集中在高压侧距离金具约30 cm处，发热点温度为26.02℃（对比温度为17.89℃）。该绝缘子亦为德国赫斯特公司产品，2001年3月投运，运行时间9年。该故障点距离断串绝缘子运行线路7.48 km，也属于D1级污秽区，如图2所示。

2 试验分析

2.1 外观检查

如图3所示，断串合成绝缘子伞裙无破损，表面覆盖一层致密污秽，伞裙较硬，靠近高压侧护套有一处开裂，裂纹约5 cm，高压侧护套有多处蚀损点。端部金具与芯棒连接的密封处发现有裂缝，局部地区密封胶脱落，界面密封处为凹槽结构，堆积了较多的污秽物。芯棒护套约3mm厚，芯棒呈不规则拉丝断裂状，芯棒端口部位与棒轴成90°垂直，断裂表面光滑平整。

异常发热的合成绝缘子与断串绝缘子外观特征相似，伞裙无破损，表面污秽致密，伞裙较硬，高压护套侧多处蚀损点。端部金具锈蚀，金具与芯棒护套联接处出现密封胶脱落现象，如图4所示。

2.2 憎水性试验

采用喷水分级法对两支合成绝缘子进行憎水性测试，分别按高压侧、中部、低压侧3个部分进行试验。试验结果发现，断串绝缘子高压侧憎水性为HC3，中部为HC4，低压侧为HC4。异常发热绝缘子高压侧憎水性为HC3，中部HC4，低压侧为HC3，见图5，6。按照DL/T864—2004[5]标准判定准则要求，两支合成绝缘子憎水性良好，满足继续运行要求。

2.3 机械试验

按照标准要求，对5278石山线发热绝缘子先进行50%额定机械负荷耐受试验，再进行水煮试验和陡波冲击电压试验。试验要求合成绝缘子应在50%额定机械负荷下耐受1 min而不损坏、不位移。

该合成绝缘子额定负荷为180 kN，将合成绝缘子固定在拉力试验机上，当施加90.4 kN拉力时，合成绝缘子发生断裂。绝缘子未通过50%额定机械负荷耐受试验。断裂后的芯棒颜色变为黄褐色，断口处的玻璃纤维均已酥脆，属脆性断裂并伴有拉丝现象，断裂部位与异常发热点位置吻合。根据DL/T864判定准则，该类绝缘子应退出运行。

3 故障原因分析

合成绝缘子憎水性良好，排除了绝缘子表面劣化造成的绝缘性能下降引起断串的可能。从外观可以看出，硅橡胶护套厚度较薄约3mm，芯棒护套与金属界面处为凹槽结构，容易积水和污秽，设计不合理，密封胶工艺较差。5649玉车线合成绝缘子断串事故是由芯棒脆断引起，主要原因是长期运行后芯棒护套与金具界面部位密封胶出现脱落，由于高压端电场强度高，电晕放电使得空气发生电离生成氮氧化物NOX,在水和潮气的环境下发生反应生成弱硝酸，渗入芯棒后加剧了芯棒的腐蚀，另外，工业的发展使得环境污染下酸雨尤为普遍，酸雨通过端部密封部分直接与芯棒接触，在芯棒护套处长期烧蚀，由于绝缘子护套厚度薄，伞裙耐漏电起痕性能较差，导致护套逐渐烧穿，芯棒酸蚀后拉伸强度严重下降，芯棒脆化后强度一旦低于运行所承受的载荷时即发生断裂。合成绝缘子异常发热的原因与断串合成绝缘子相同，也是密封不良导致芯棒长期渗水或酸性物质，芯棒异常发热是脆断发生的早期症状，一旦继续运行将存在断串的安全隐患。

4 结束语

（1）芯棒脆断是合成绝缘子护套与金具界面密封胶在运行中出现破损，脏污水长期入侵至芯棒，导致局部放电和酸蚀，芯棒强度下降至无法承受运行所受拉力时即被拉断。

（2）芯棒脆断是一个长期积累的结果，芯棒发热是发生脆断的早期症状，且发热点通常集中在绝缘子高压端。

合成绝缘子经过了几代产品的发展，在界面密封、压接方式、材料配方方面取得长足的进步，逐渐成熟，早期的国内外合成绝缘子在材料和工艺技术落后，是目前线路运行需要重点关注的对象。通过500kV合成绝缘子断串及发热缺陷的事故分析，给出以下几点建议：

（1）尽早用新一代合成绝缘子更换已运行多年的早期合成绝缘子，消除输电线路隐患，保证电网安全可靠运行。

（2）早期国外合成绝缘子护套厚度较薄，密封胶多采用室温硫化硅橡胶材料，密封性能差，存在安全隐患，建议加强对该类合成绝缘子的抽检试验。

（3）建议线路维护部门加强对2000年前生产的合成绝缘子开展红外检测，及时发现各类隐性缺陷。

[1] 包建强，余长水，周立波，等.进口500kV复合绝缘子断裂的原因分析[J].绝缘材料，2009,42(5)：71-76.

[2] 钱之银，包建强.进口合成绝缘子断裂原因分析[J].高电压技术，2003，30(5)：3-4.

[3] 张鸣，陈勉.500kV罗北甲线合成绝缘子芯棒脆断原因分析[J].电网技术，2003，27(12)：51-53.

[4] 张畅生，王晓刚，黄立虹.500kV惠汕线合成绝缘子芯棒脆断事故分析[J].电网技术，2002，26(6)：71-73.

[5] DL/T864—2004，标称电压高于1000 V交流架空线路用复合绝缘子使用导则[S].北京：中国电力出版社，2004.