500kV神侯Ⅰ回线复合绝缘子芯棒脆断事故分析

邹劭峰 张宪文

【摘 要】本文通过对高压输电线路复合绝缘子断裂机理及断裂特征的分析，以500kV神侯Ⅰ回线195#中相复合绝缘子断串事故为例分析了事故原因，并提出了高压输电线路复合绝缘子在应用及运行维护等环节的意见和改进措施。

【关键词】高压输电线路；复合绝缘子；芯棒；硅橡胶；断裂机理

【中图分类号】F407.61【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0440-01

1 引言

复合绝缘子在高压输电线路中的应用越来越普及，国外在20世纪70年代开始试用，目前大部分国家和地区在高压和超高压输电线路中已普遍使用，本文以500kV神侯Ⅰ回线195#中相复合绝缘子断串事故为例，对高压输电线路复合绝缘子的断裂原因进行了分析探讨，以期为复合绝缘子的安全运行提供依据。

2 复合绝缘子断裂机理

2.1 复合绝缘子基本特性及脆断特征

复合绝缘子的结构形式很多，但基本上由芯棒、伞盘、金属端头（帽窝或碗头）等几部分组成。其中芯棒根据生产厂家不同而材质略有区别，但大多基于以下四种材料：①E型玻璃纤维，普通环氧树脂芯棒。（不耐酸碱，？ b=600-800Mpa）；②E型玻璃纤维，改性型环氧树脂芯棒（耐酸性能不良，抗拉强度？b=600-800Mpa）；③ECR型耐酸玻璃纤维，改性型环氧树脂芯棒（耐酸碱，抗拉强度？b>1000Mpa）；④ECR改性型耐酸高温芯棒（耐酸、耐高温，抗拉强度？b=1000Mpa以上）。在复合绝缘子中，存在两个界面：（1）伞裙护套---芯棒粘接界面；（2）密封胶---金具粘接界面。上述二个界面的粘接质量，是复合绝缘子产品质量和使用寿命的关键，如果护套与芯棒界面粘接不良，运行一段时间后，界面开裂，产生空隙，在高压电场下，就会产生局部放电，引起内绝缘破坏及芯棒材料局部老化断裂，密封胶和金具粘结不良，会使潮气浸入芯棒界面，潮气在高压电场下，显示弱酸性，长期侵蚀芯棒及界面，会造成复合绝缘子脆断和轴向击穿。

2.2 复合绝缘子断裂的主要原因

有资料表明，长时间酸蚀是造成芯棒脆断的重要原因。酸的来源有两种：一是复合绝缘子高压端部电场强度较高，电晕严重，空气在电场的作用下电离，产生氮离子与空气中的水结合生成弱硝酸；二是酸雨，尤其在酸雨严重的重污染区。这些弱酸通过端部密封部分直接与芯棒接触，或者沿着复合绝缘子裂纹漫漫渗透，芯棒主要承受拉力的材料是玻璃纤维，由于玻璃纤维对酸性物质较为敏感，在其作用下变脆，形成脆断层，随着时间的推移，脆断层不断增大，芯棒有效面积减少，酸雨对玻璃纤维不断进行腐蚀。芯棒在弱酸的长期作用下发生断裂，待断裂面积达到整个截面的相当比例时，余下部分承受不住导线的重量而发生断裂，伴随着拉丝现象产生复合绝缘子脆断。通常在复合绝缘子的生产、运输、安装过程中，难免有复合绝缘子端部密封不良或损伤，造成复合绝缘子缺陷，这又加速了酸性雨水的渗透，增加了脆断发生的概率。

3 事故分析

3.1 事故简介

500kV神侯Ⅰ回线起始于神头二电厂，止于侯村变电站，1998年11月24日投入运行，线路全长162.33 km，导线为4×LGJX—400/35。线路处于Ⅲ级污区，其中116基铁塔采用型号为FXB-500/180复合绝缘子，该复合绝缘子棒芯为E型玻璃纤维材料，改性型环氧树脂芯棒。

500kV神侯Ⅰ回线自投入运行以来，绝缘子运行状态一直良好。而6月23日195#塔中相复合绝缘子突然发生自导线侧压接出口处断裂。防振锤损坏4个，造成导线五处损伤，其中悬垂线夹小号侧左下线损伤最为严重（断18股，占铝股总截面37.5%）；右下线断17股，占铝股总面积35.4%，线夹损坏；右上线损伤5股，每股损伤2/3。悬垂线夹大号侧右上线断2股右下线断2股的重大事故。

3.2 事故分析

3.2.1 事故绝缘子基本情况

3.2.1.1 事故现场附近有明显污染源（砖瓦厂多座），故障绝缘子及其附近的复合绝缘子均有明显污秽物，导线横担及复合绝缘子无明显的放电痕迹。且根据山西省电力系统雷电探测定位系统的探测记录，故障发生期间附近没有雷电发生，由此可排除事故为污闪或雷击所致。

3.2.1.2 对发生断裂的复合绝缘子断面进行仔细的外观检查发现，断裂面中有一个端面呈发黄的旧痕迹，面另一个端面则有拉断的新痕迹，在端部金具与芯棒连接的密封处发现有密封不良现象，密封处的硅橡胶上发现有水渗透和金具锈蚀的痕迹。由此推断，该复合绝缘子曾存在陈旧性裂纹。

3.2.1.3 断裂位置发生在复合绝缘子导线侧与金具压接出口处，整个断面呈不规则平台状，约1/4面积边缘有拉丝，均压环安装位置及方向符合厂家设计要求，从断裂处测得的复合绝缘子芯棒外护套厚度为2mm。此特征基本符合脆断的特征，因此可初步推断该复合绝缘子断裂事故是由芯棒脆断所致。

3.2.2 事故原因分析

由上述分析可见，该复合绝缘子断裂的主要原因如下：

3.2.2.1 复合绝缘子的芯棒与金具联接处密封层被破坏或芯棒外护套的硅橡胶层有裂纹。

3.2.2.2 195#塔紧靠风口，海拔高，空气流动大，方圆5～10平方公里内没有有利的防风林带，瞬时风速可达7级左右，大风引起的导线振动也加速了芯棒的脆断速度。

3.2.2.3 环境空气中的烟尘含盐密度较大，在线路负荷大时，使得复合绝缘子高压端部电场强度增大，电晕较严重，加速了复合绝缘子的劣化。

4 结论与建议

由前可知，复合绝缘子发生脆断的主要原因是芯棒外护套或密封层受损，在风及环境的影响下，长时间酸性物质的渗透造成的芯棒腐蚀和振动机械力的作用下而产生的。因此，避免或减少复合绝缘子脆断事故发生的有效措施可从生产工艺、运输及安装过程等方面着手。即建议：

4.1 采用耐酸性材料做复合绝缘子芯棒材料

复合绝缘子的生产过程质量管理必须按照国际标准严格把关，由于大气污染越来越严重，酸雨的发生面积不断扩大、酸雨次数也在不断增加，复合绝缘子生产厂家应结合用户所处地理位置的污染情况，有选择地采用不同的耐酸材料做为芯棒材料，并从制造工艺上改进接头的结构，加强密封材料性能的改进，提高密封性能，防止密封失效。

4.2 改进复合绝缘子包装方式

复合绝缘子的包装对保护复合绝缘子质量起重要作用，由于复合绝缘子的硅橡胶层属易脆性材料，易受损坏，而送电线路具有分散、地域范围广、交通困难的特点，材料的运输既有车船运输又有人力抬运。因此，复合绝缘子生产厂家应结合送电线路的特点，采用分散小包装方式，每个包装箱以2～3串为宜，箱体要有一定强度，保证复合绝缘子在运输过程中不受损伤。

4.3 改进复合绝缘子安装方法

复合绝缘子安装过程中的质量控制也很关键，其直接影响复合绝缘子的运行。目前线路施工单位在安装复合绝缘子时大多采用单点起吊安装方式，对110kV和220kV线路，由于绝缘子串长度不很长，整体刚性较好，起吊过程中受弯弯矩一般很小，不会有明显损伤；而500kV线路的复合绝缘子长度达4.45m，属细长杆结构，单点起吊时中间弯矩很大，芯棒外面的硅橡胶层有可能因过度受拉而开裂。

4.4 加强对运行复合绝缘子的检测及维护

加强对运行中的复合绝缘子的检测及维护，可及时发现劣化绝缘子，防患于未然。