500 kV线路玻璃绝缘子集中自爆原因分析

黄松泉，周学明，胡丹辉，姚 尧，刘正云

（1.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；3.国网湖北省输变电工程公司，湖北 武汉 430077）

500 kV线路玻璃绝缘子集中自爆原因分析

黄松泉1，周学明2，胡丹辉2，姚 尧2，刘正云3

（1.国网湖北省电力公司，湖北 武汉 430077；2.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北 武汉 430077；3.国网湖北省输变电工程公司，湖北 武汉 430077）

玻璃绝缘子集中自爆事件已在全国范围内多次发生，严重影响玻璃绝缘子在输电线路上的应用。针对玻璃绝缘子集中自爆特征，深入开展原因分析工作，对有效采取防护措施具有重要意义。通过深入分析导致玻璃绝缘子集中自爆的因素，并结合实际案例分析玻璃绝缘子集中自爆的具体原因，认为绝缘子表面污秽严重而引起的泄漏电流是导致玻璃绝缘子集中自爆的主要原因。

玻璃绝缘子；集中自爆；污秽；泄漏电流

0 引言

钢化玻璃绝缘子因具有零值自爆特性、减少人工测零工作、自爆不掉串等优点，获得广大输电线路运维人员认可，目前已在输电线路上获得了广泛应用。但在应用过程中，玻璃绝缘子亦发生了多起集中自爆事件，如文献[1]对江苏省内多条500 kV玻璃绝缘子集中自爆情况进行了统计，并结合案例分析了境内玻璃绝缘子集中自爆根本原因为瓷瓶污秽所致。清华大学针还专门针对500 kV玻璃绝缘子表面生长苔藓现象开展了模拟试验，研究了表面生长苔藓的玻璃绝缘子的电气性能和机械特性，并认为其电气性能会受到一定的污秽影响[2]。因此，针对玻璃绝缘子大规模应用与多次发生集中自爆事件的现实情况，需深入而系统地分析导致玻璃绝缘子集中自爆的因素，对有效开展玻璃绝缘子集中自爆原因分析和采取防护措施具有重要意义。

1 玻璃绝缘子自爆特征

1.1 玻璃绝缘子自爆基本规律

玻璃绝缘子的玻璃件压模成型后，会进行逐只钢化处理，以形成玻璃表面永久的预压应力和内部的张应力，钢化的温度、冷风的流速、流量和风冷的覆盖面和均匀性，决定了玻璃件的钢化质量。其后，在绝缘子整个寿命期间，玻璃件表面的预压应力和内部的张应力是平衡的，如果有外加的机械应力或电应力（如大电流、严重粉尘污秽引起的泄漏电流及工频火花等）的破坏，玻璃伞裙就会完全破碎。

成型后的玻璃件要经过至少两次热冷/冷热冲击和一次特殊的热处理，以淘汰含有杂质的玻璃件或者钢化不好的玻璃件，确保出厂后的钢化玻璃绝缘子具有很低的自爆率。但无论经过几次冷热冲击和特殊处理，仍然有一定的自爆率，这是钢化玻璃绝缘子自身所带的基本特点，其自爆率由采用的技术和工艺决定。

作为钢化玻璃绝缘子的自爆，亦有其自身规律[3]：1）从时间上看，运行前期，尤其是投运后的第一至第3年，自爆率会比较高，但自爆的时间是分散的，随着运行时间的推移，自爆率会呈下降的趋势；2）从自爆产品的分布看，自爆的绝缘子会分散在整条线路的不同串上，而不会集中在一串上或者很小的范围内有大量的自爆。

1.2 玻璃绝缘子自爆残锤基本特征

钢化玻璃绝缘子自爆后的伞盘玻璃碎散落后形成残锤，如图1所示。

图1 玻璃绝缘子自爆残锤Tab.1 Self-blast residual hammer of glass insulator

（1）若残锤上的碎玻璃渣呈放射性形状时，则自爆起始位置位于玻璃件的头部，该情况下的自爆是玻璃件自身质量引起，如配料、溶制工序等。

图2 自爆起始点位置在头部的碎玻璃渣形状Tab.2 Shape of broken glass which start self-blast in steel cap head

（2）若残锤上的碎玻璃渣呈鱼鳞状，则自爆起始位置位于玻璃件靠近铁帽底部附近，该情况下的自爆原因有两种可能，即由于产品自身的缺陷的自爆或者外力引起的玻璃破碎，这种外力可以是机械应力,也可以是电应力，如持续的电火花打击,工频大电流以及不均匀的泄漏电流引发的玻璃件的破碎等。

图3 自爆起始位置在钢帽底部附近的碎玻璃渣形状Tab.3 Shape of broken glass which start self-blast in steel cap bottom

（3）若残锤上的碎玻璃渣呈鱼鳞状和射性形状同时存在，则自爆起始点位于玻璃件的伞裙上，该情况下的自爆，内因及外因都有可能导致。

图4 自爆起始位置在伞盘上的碎玻璃渣形状Tab.4 Shape of broken glass which start self-blast in umbrella skirt

2 玻璃绝缘子自爆主要因素

2.1 外力破坏

主要表现为外力的机械应力打击，比如石块击打或枪击（鸟枪，气枪等），这些情况多发生在牧区（如青海，西藏等地区）或者枪支没有管制的地区（如北美地区）。

2.2 工频电弧的影响

当线路产生工频电弧时（必须出现闪络才能引发工频电弧），国家标准和电力行业标准规定，绝缘子所能接受的工频电流量和持续时间分别为20 kA和0.12 s，如果工频电流大于20 kA或者电弧持续的时间超过0.12 s，就可能引发钢化玻璃绝缘子多片破碎。

图5 因工频电弧引起的玻璃绝缘子自爆Tab.5 Glass insulator self-blast caused by power frequency arc

是否由于工频电弧引发的钢化玻璃绝缘子多片破碎，可以检查“残锤”的铁帽、钢脚和碎玻璃有无电弧烧灼的痕迹。

2.2 严重的粉尘污秽

钢化玻璃绝缘子受严重的粉尘污秽引起集中时间和地点多片的破碎，主要基于两个方面的诱发因素：

（1）电应力导致的机械方式破坏。由于粉尘污秽，在绝缘子电场集中的钢脚部位，产生间断的电晕放电，随着粉尘污秽度的增加，间断的电晕放电演变为持续的电晕放电，进一步发展为持续的火花放电，长期的火花放电逐渐击碎玻璃件靠近钢脚的内棱，这种电火花持续打击和损伤玻璃件到一定程度，钢化层被破坏，绝缘子发生时间比较集中、地点比较集中的多片破碎。

图6 因持续火花放电导致的机械方式破坏Tab.6 Damage caused by on-going sparkle

（2）玻璃表面极不均匀温差导致的热破坏[4]。玻璃绝缘子积污严重，在受潮的情况下，污秽堆积物被浸湿变成导电体并产生泄露电流。泄露电流产生的热使玻璃件上的水蒸发，在玻璃件表面形成局部“干带”，而“干带”常出现在钢脚附近。电压引起“干带”产生局部电弧，长时间的局部电弧会造成玻璃体局部受热不均匀，进而引起热破坏。

3 一起玻璃绝缘子集中自爆案例分析

3.1 玻璃绝缘子自爆总体情况

2016年8月1日，某500 kV线路69号、70号(同塔另一回线路70号、71号)跨江处两基杆塔多串玻璃绝缘子发生自爆，两基大跨越杆塔的12相玻璃绝缘子中11相均有不同程度的绝缘子自爆，其中单串自爆最多的达16片，合计自爆140片。

该线路于2004年2月9日正式投入运行，采用了玻璃绝缘子，并于2009年涂覆了PRTV，同批玻璃绝缘子共投运1 632片。

图7 发生玻璃绝缘子集中自爆的杆塔Tab.7 The tower that glass insulator concentrated self-blast

3.2 现场巡视情况

2016年6月30日、7月3日和7月19日，运维人员分别针对以上两基跨江塔进行了正常巡视，未发现绝缘子自爆情况。8月1日，再次巡视时发现以上两基杆塔多串绝缘子发生自爆。从巡视结果来看，以上两基杆塔的玻璃绝缘子自爆时间主要集中在7月20日～7月31日。

从玻璃绝缘子集中自爆地区7月1日～7月31日的天气情况来看，7月1日～7月20日本地区天气主要为持续雨天，7月21日～7月31日沙洋地区天气主要为持续晴天，其中7月19日-20日出现了大到暴雨天气。

3.3 现场污源情况

经调查，69号杆塔右侧约3 km处有采石场和水泥厂各一座，采石场和水泥厂的部分运输车辆会经过69号杆塔旁边的县道。由于灰尘的长期污染，此处绝缘子积灰程度较严重。

国网湖北省电力公司电力科学研究院检测人员针对更换下来的玻璃绝缘子进行了污秽度测量，平均盐密为0.174 mg/cm2，灰密为2.506 mg/cm2，根据QGDW1152.1—2014《电力系统污区分级与外绝缘选择标准 第1部分 交流系统》，其积污等级达到e级。

3.4 玻璃绝缘子集中自爆原因分析

3.4.1 本次玻璃绝缘子积污情况分析

本次集中自爆的玻璃绝缘子均于2009年涂覆了PRTV，运维期间未进行过清扫，表面积污严重。经盐密和灰密度检测表明，该绝缘子积污达到e级。

图8 积污严重的玻璃绝缘子Tab.8 The glass insulator that polluted seriously

69号杆塔右侧约3 km处有采石场和水泥厂各一座，属于典型的空气污染源。采石场和水泥厂的部分车辆经过69号杆塔旁边的县道，扬尘十分严重，使得69号杆塔附近空气污染物浓度相对较高。另外，由于斗山线69-70号塔跨越汉江，周围空气湿度较大，使得绝缘子更易于积污；另一方面，69-70号塔玻璃绝缘子于2009年涂覆了PRTV，已运行7年，表面PRTV图层存在脱落和起皮现象，防污性能明显减弱，在湿润的条件下对空气粉尘等微粒更具有吸附作用。日积月累，致使69-70号塔绝缘子积污严重。

相对于69-70号塔的相邻杆塔，69号和70号跨江，周围空气潮湿，且为直线型杆塔；而相邻的68号和71号杆塔离江相对较远，且为耐张塔，绝缘子积污相对69号和70号塔绝缘子较轻。

3.4.2 本次玻璃绝缘子积污情况分析

从本次自爆玻璃绝缘子“残锤”来看，残锤上的碎玻璃渣呈明显的鱼鳞状，可初步判断自爆起始位置位于玻璃件靠近铁帽底部附近。

3.4.3 本次玻璃绝缘子自爆原因排查

该批玻璃绝缘子已运行近13年，本次自爆时间和地点非常集中，数量较大，且从自爆玻璃绝缘子“残锤”形状来看，自爆起始位置位于玻璃件靠近铁帽底部附近，而非玻璃件的头部，不符合钢化玻璃绝缘子一般自爆的规律，可以排除属于产品本身的质量问题引发的自爆。

对本次自爆玻璃绝缘子的“残锤”以及还没有破碎的绝缘子进行仔细地检查，（1）未发现有任何外力打击破坏的痕迹，排除产品遭外来机械应力打击破坏的可能性；（2）未发现有任何工频大电弧的迹象，与线路没有发生闪络的情况是一致的，故可以排除工频电弧引发钢化玻璃绝缘子集中破碎的可能性；（3）未发现玻璃件内棱上有损伤痕迹，可排除因电应力对玻璃绝缘子的机械方式破坏的可能性。

图9 本次自爆玻璃绝缘子的“残锤”Tab.9 The residual hammer of glass insulator this time

3.4.4 本次玻璃绝缘子自爆原因分析

本次自爆玻璃绝缘子“残锤”上的碎玻璃渣呈明显的鱼鳞状，可初步判断自爆起始位置位于玻璃件靠近铁帽底部附近。

69号和70号杆塔附近存在采石场和水泥场等污染源，日积月累，使得玻璃绝缘子积污严重。本次集中自爆的玻璃绝缘子均涂覆了PRTV涂料，长时间的泄漏电流使PRTV涂层逐渐劣化，劣化的PRTV涂料在潮湿的天气更容易快速积污。

7月1日～7月20日事发地区天气主要为持续雨天，特别是19日～20日出现了大到暴雨，足够的水量将钟罩型绝缘子内表面的污秽物浸湿，使其变成导电体并产生更大的泄露电流；泄露电流产生的热使玻璃件上的水蒸发，在玻璃件表面形成局部“干带”，由于绝缘子内表面积污严重使得“干带”集中出现在钢脚附近，电压引起“干带”产生局部电弧，长时间的局部电弧造成玻璃绝缘子表面泄漏电流分布极不均匀，使得玻璃体局部受热极不均匀，从而导致了集中在一段时间内、地点集中的玻璃绝缘子大量自爆。

4 结语

玻璃绝缘子严重积污是引起集中自爆的根本原因。严重粉尘污秽的钢化玻璃绝缘子自爆前由于持续的雨水将钟罩型绝缘子内表面的污秽物浸湿，使其变成导电体并产生更大的泄露电流，绝缘子表面泄漏电流分布极不均匀，造成玻璃表面的温度极不均匀，从而导致了时间集中、地点集中的玻璃绝缘子大量自爆。

玻璃绝缘子涂覆的PRTV涂料容易劣化，劣化PRTV涂料不仅会丧失应有的防污性能，而且还会导致绝缘子自洁性能变差，造成绝缘子积污更加严重。因此，在雨水较多、潮湿的微地形区域不建议线路瓷、玻璃绝缘子涂覆PRTV涂料。同时，对于已涂覆PRTV的线路应加强监视和运维清扫力度，结合状态检修周期仍应做到逢停必扫。

（References）

[1]谢洪平.500 kV输电线路钢化玻璃绝缘子集中自爆现象分析[J].江苏电机工程，2006，25（2）：55-57.XIE Hongping.Analysis of the Concentrated Selfblast Phenomenon of Toughened Glass Insulator on 500 kV Transmission Lines[J].Jiangsu Electrical Engineering,2006,25(2):55-57.

[2]宋磊，张福增，罗凌等.表面生长苔藓对500 kV交流输电线路玻璃绝缘子的影响[J].高电压技术，2014，40（4）：1038-1044.SONG Lei,ZHANG Fuzeng,LUO Ling,et al.Effect of Surface Moss on Glass Insulator of 500 kV AC Transmission Line[J].High Voltage Engineering,2014, 40(4):1038-1044.

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[4]程登峰，傅中，季坤.一起玻璃绝缘子自爆原因分析[J].电瓷避雷器，2012，249（5）：29-32.CHENG Dengfeng,FU Zhong,JI Kun.The Cause Analysis of a Self-Shattering Fault of Glass Insulator [J].Insulators and Surge Arresters,2012,(5):29-33.

Analysis of the Concentrated Self-blast Cause of Glass Insulator on 500 kV Transmission Line

HUANG Songquan1,ZHOU Xueming2,HU Danhui2,YAO Yao2,LIU Zhengyun3
(1.State Grid Hubei Electric Power Company，Wuhan Hubei430077，China；2.State Grid Hubei Electric Power Research Institute，Wuhan Hubei430077，China；3.Hubei Electric Transmission&Distribution Engineering Company，Wuhan Hubei430077，China)

The concentrated self-blast phenomenon of glass insulator have occurred many times in the country，which seriously affects the application of glass insulator in transmission line.So it is of great significance for taking effective prevention measures after in-depth analysis work base on the self-blast feature of glass insulator.The factor element of concentrated self-blast on glass insu⁃lator is analyzed in this paper,and the reason of concentrated self-blast is analyzed by connecting with a practical case.The leakage current caused by serious pollution is the main factor element that lead to concentrated self-blast of glass insulator.

glass insulator;concentrated self-blast;pollution;leakage current

TM216

A

1006-3986(2017)04-0005-04

2017-03-06

黄松泉（1966—），男，湖北鄂州人，高级工程师。

10.19308/j.hep.2017.04.002