复合型绝缘子在网运行研究

曾 能

(深圳供电局有限公司，广东深圳518000)

1 复合绝缘子断裂紧急事故案例

2011 年 11 月，深圳局所辖 500 kV 岭深乙线 N21 塔 A 相双串复合绝缘子中大号侧串下端接近均压环位置出现断裂，深圳局即刻紧急停电和更换A 相并联串合成绝缘子。为找出复合绝缘子断裂紧急事故的原因，深圳局及其所委托的权威机构通过试验进行了查明。

1)深圳局利用红外精确测试技术，全面检查500 kV 岭深甲乙线607 串复合绝缘子，其中红外测温记录显示:87 串复合绝缘子的高压端端部温度提升1℃ ～5℃;58 串复合绝缘子的高压端端部温度提升5℃以上，其余复合绝缘子相对正常。

2)借助外观检查、污秽测量、红外检测、紫外检测、剖查试验等手段，发现复合绝缘子的护套和芯棒界面均存在局部放电现象，在高场强和机械压力的持续作用下，芯棒逐渐蚀损并断裂。除此之外，复合绝缘子设计时没有充分考虑均压环，在电压作用下，绝缘子的高压端端部强值高于平均水平，也会引起端部温度上升。

2 复合绝缘子断裂紧急事故检测

为保证复合绝缘子在网正常运行，笔者针对以上深圳局所辖500 kV 岭深乙线N21 塔A 相双串复合绝缘子断裂紧急事故的案例情况，对该紧急事故展开全方位的检测，以提炼出规避复合绝缘子断裂事故的具体方法。

2.1 外观检查

为便于观察，在复合绝缘子发生断裂后，将掉串断裂绝缘子和并联但未断裂的绝缘子分别定义为A 和B，待测量的绝缘子外观参数为伞裙、大伞间距、芯棒直径、杆径、大伞直径、小伞直径、单元数、公称长度、公称爬距、表面积，经比对测量，A、B绝缘子的整体参数均一致，但老化程度和积污有明显差异，其中绝缘子A 高压端呈深黑色，绝缘子B 高压端呈浅灰色，可见A 的积污程度较为严重。除此之外，判断绝缘子是否掉串断裂，还可通过表面光泽进行判断，并且破损的部位存在多处蚀孔，除了断口和蚀孔之外没有看到其他破损。

2.2 断口观察

通过外观检查，找出掉串断裂位置后，发现断口横断面的形态有差异点，初步判断导致绝缘子断裂的原因有多方面，并选择断裂绝缘子距离球头端头51 cm 位置的高压端断口进行观察。

断口一:断口位置芯棒蚀孔向对面大约有30% ～40%面积呈乳白色，未发现腐蚀迹象，而蚀孔右下侧的合模缝位置呈深褐色，表示该部位芯棒受到长期腐蚀，并且可能由蚀孔导致。如图1 所示。

断口二:断口位置芯棒呈扫帚状，且相比于下侧断裂位置的乳白色纤维长度，深褐色的环氧树脂纤维长度更短，因此，可初步推断该断口与绝缘子的脆断故障无关，主要是因为未腐蚀和已腐蚀纤维的受力特征不同。如图2 所示。

图1 断裂绝缘子腐蚀痕迹

图2 断裂绝缘子断口侧面

2.3 蚀损点观察

关于断裂绝缘子的蚀损点，有凸起点和蚀损孔，将外力轻微施加在凸起位置，就会马上塌下，形成蚀损孔。蚀损点主要分布在接近高压端的14 个单元内，并在蚀损点周围发现可能由于机械力造成的芯棒裂纹，甚至有部分蚀损孔侵蚀到芯棒位置，并开始腐蚀绝缘子的芯棒。蚀损点形成的复合绝缘子高压侧击穿孔如下图3 所示。

2.4 其他检测

除了以上三种检测方法，断裂绝缘子表面憎水性和污秽度测量、红外特性与异常电晕测量、材料渗透试验和吸水试验等，均为辅助检测复合绝缘子断裂事故的重要手段。

2.4.1 断裂绝缘子表面憎水检测

按照实验标准分级绝缘子A 与B 的憎水性，其中绝缘子A高压端上表面、A 高压端下表面、A 低压端上表面、A 低压端下表面、B 高压端上表面、B 高压端下表面、B 低压端上表面、B 低压端下表面的憎水性分级分别为 HC5、HC6、HC6、HC3、HC5、HC4，HC6、HC2。通过试验，可以看出相比于绝缘子B，复合绝缘子A 整体表面的憎水性较差，尤其是高压端表面的憎水性。

2.4.2 红外特性与异常电晕检测

复合绝缘子A 和B 在318 kV 实验电压下，分别观察A 和B 的红外特性，其中A 高压端和中部距离高压端14 个单元周围的温度明显上升，并有明显电晕现象，而B 仅在高压端周围出现温度上升和电晕。由此可以推断，绝缘子温度上升的原因，与电晕放电具有直接关联。如下图4 所示。

图3 断裂复合绝缘子高压侧的击穿孔

图4 绝缘子温度场分布

2.4.3 芯棒材料渗透试验和吸水性实验

根据渗透实验的基本要求，以15 min 作为单位观测时间，发现芯棒材料在这个时间内未能渗透到表面，而将芯棒材料加工成为50 ±1 mm 的棒段，并在50℃温度环境中进行烘干，24 h后放在温度23℃的离子水内浸泡，24 h 后取出吸干表面水分，再进行称重，发现复合绝缘子A 和B 的吸水率都在0.05%以内，在一定程度上可能会老化材料。通过解剖故障绝缘子，并分析水分对材料老化的影响，发现芯棒材料里面的玻璃纤维与水分、臭氧等依次发生离子交换、玻璃侵蚀、腐蚀等反应，其中离子交换和玻璃侵蚀为芯棒内的玻璃纤维，而芯棒和护套被腐蚀后，水与局方产生臭氧，使得芯棒的机械性能不断下降。尤其是在多雨或者潮湿的季节，存在缺陷的绝缘子被渗入水蒸气，使得电导率和泄露电流密度增大，从而形成发热点，长期暴露在这种环境中的芯棒，就会逐渐老化。

3 在网运行预期效益

根据以上复合绝缘子断裂事故的检测分析结果，我们需要进一步采取措施，提高绝缘子在网运行的效益水平。

3.1 在网运行措施

关于复合绝缘子的在网运行，其具体措施包括完善热对流试验，分析发热与积污之间的关系，控制场强。

3.1.1 完善热对流试验

上文检测说明复合绝缘子内部存在缺陷，并在环境温度、相对湿度、风速等环境因素以及材质本身的影响下，造成温度上升。为此，我们需要进一步完善热对流试验，准确掌控环境因素和材质情况，以便准确描述出绝缘子内部实际温度的变化情况。期间需要借助拍摄器材和取景器材，取证发热区域的影响情况。通过取证，发现绝缘子内部温度上升后，表面温度集中在中心位置，并逐渐往周围梯形扩散，从而形成了温线形状。为了避免取证分辨率不足问题，在观测时候不能选择太大的观察区域，以及在利用红外摄像机观察发热区域的时候，要特写发热区域，这样才能提高热对流试验的完整性和精确度。

3.1.2 分析发热与积污之间的关系

经研究，可见存在缺陷的绝缘子内局部温度上升后，外部同位置的积污程度会逐渐加重，而积污部位在潮湿的环境中，发热的现象会更加剧烈，虽然不能完全证明局部发热与积污之间存在必然联系，但仍可说明两者之间存在相互作用，需要进一步深入研究。在检测发热绝缘子的时候，针对已经存在发热现象的绝缘子，在检查其表面积污程度的同时，还要检查绝缘子的憎水性、机械性能等，以此掌握绝缘子整体的电气性能和机械性能，以及绝缘子的老化状态。

3.1.3 场强控制鉴于绝缘子沿面场强分布的不均匀现象，譬如高压端周围的场强比较大，并引发水珠电晕和发热现象，而且会起局部放电，在臭氧和水分环境中发生化学反应，形成腐蚀性的硝酸，从而降低了绝缘子的机械性能。为此，我们需要控制绝缘子端的场强，笔者建议借助有限元软件，就高压端沿面场强的分布情况，合理安排绝缘子均压环的尺寸和安装位置等。

3.2 在网运行效益

通过以上复合绝缘子断裂事故的检测和在网运行控制，案例工程的在网运行可预计获得以下几方面的效益。

3.2.1 有利表面场强控制值设定复合绝缘子水珠电晕问题的解决，对于绝缘子表面场强控制值设定，能够提供合理的依据，而且可以解释绝缘子特殊放电和不明闪络的原因，对于绝缘子断裂事故的控制，具有非常重要的工程参考意义。

3.2.2 减少绝缘子更换成本绝缘子断裂的电晕放电、憎水迁移失效、沿面烧蚀、闪络等，需要更换绝缘子，以保证电网的可靠性。合理的检测手段和控制手段，能够保证绝缘子的正常运行，并且减少断裂事故的发生，对于线路安全运行的成本控制，起到实质性的作用。

3.2.3 保证绝缘子的安全运行本文通过研究，提出红外图像检测、紫外图像检测等，适用于电网工程现场的操作需求，有效地保证绝缘子安全运行。

4 结语

综上所述，复合绝缘子的在网运行，断裂事故是亟需解决的工程事故之一，而文章通过对深圳局所辖500 kV 岭深乙线N21 塔A 相双串复合绝缘子断裂事故检测的研讨，提出了该工程绝缘子在网运行的控制措施和运行效益，对其他工程具有一定的参考借鉴意义。

［1］苗振鹏.500kV 输电线路合成绝缘子断裂原因分析［J］.山东电力高等专科学校学报，2012(4):23 －25.

［2］孙杰.隔离开关支柱瓷绝缘子断裂实例及预防措施［J］.宁夏电力，2012(4):29 －30.

［3］杨朝军，杨根绪.辐离开关支柱瓷绝缘子断裂原因分析和预防［J］.电力安全技术，2012(4):60 －61.

［4］余长水，周立波，黄晓明，等.进口500 kV 复合绝缘子断裂原因分析与研究［J］.电瓷避雷器，2009(5):9 －14.