支柱绝缘子闪络跳闸事件分析与防治措施

陈海登，庞圣养

(广东电网有限责任公司湛江供电局，广东 湛江 524000)

0 引言

在空气绝缘和固体绝缘设备中，都有沿固体绝缘表面放电的问题，因为高压导体总是需要用固体绝缘材料来支撑或悬挂，这种固体绝缘称为绝缘子。对于绝缘空间有限的，如狭小的电房，用到的绝缘子主要是支柱绝缘子和套管两类。通过分析电房支柱绝缘子的故障演变机理，能更有效地防止绝缘子表面闪络故障，提高线路运行的可靠性。

1 故障跳闸信息及查找过程

1.1 故障信息

35 kV硇洲线2020-04-21T02:22时跳闸，距离二段保护动作，故障电流1 054 A，但故障相不明确(继保动作信息不能准确得出单独A相故障，亦或是多相故障)，重合闸常退，故障造成硇洲站全站失压。

1.2 故障线路电气结构及相关技术参数

35 kV硇洲线是架空与电缆混合线路，从35 kV东南变电站的35 kV出线构架起，至35 kV硇洲变电站的35 kV进线构架止，其中N1—N6、N7—N13为架空导线，N6—N7之间为跨海电缆，东南侧变电站和硇洲侧变电站分别建有电房作为海缆的终端登陆场，海缆终端两头分别通过电房的刀闸再跳通到架空线路，全长6.819 km(其中海缆4.513 km)。其中电房刀闸采用的是系列户内交流高压隔离开关，相关技术参数见表1，出厂绝缘电阻要求是每只不少于500 MΩ。

表1 隔离开关电气参数

1.3 故障查找及处理过程

由距离保护2段动作可以推断故障点在线路尾端，靠近硇洲站侧。在排除了架空线路的故障可能性后，拉开两侧电房的刀闸，使用兆欧表对电缆进行绝缘测量。考虑到海缆电容较大，采用5 kV量程，测量时间5min，分别测量了三种情况下的绝缘数值：第一种是海缆带刀闸测量；第二种是海缆断开刀闸测量；第三种是单独测量刀闸及其支柱绝缘子绝缘。具体测量数值见表2。

表2 绝缘电阻测量

从绝缘试验数值判断可知故障不在海缆本体，而是在硇洲侧电房刀闸的支柱绝缘子上。现场查看电房刀闸支柱绝缘子，外观上A相的最上方支柱绝缘子表面有闪络放电的痕迹，其他支柱绝缘子复合橡胶伞裙上没有放电痕迹，但瓷质绝缘子表面喷涂PRTV的地方有电蚀发白痕迹；B相和C相的支柱绝缘子复合橡胶伞裙上均没有放电痕迹，但瓷质绝缘子表面喷涂PRTV的地方也有明显电蚀发白痕迹。现场使用无水酒精纸清抹干净支柱绝缘子，再次测试支柱绝缘子数值，三相均没有明显变化。

现场剖开支柱绝缘子的复合橡胶伞裙，发现部分橡胶伞裙与瓷质绝缘子的粘连并不密实，有缝隙，并且切开橡胶伞裙可以发现在伞裙的根部有明显的电蚀击穿的放电通道。

2 支柱绝缘子的运维记录

按照《广东电网有限责任公司输电线路运维策略及管控机制实施细则》中有关海缆的日常运维要求是“每月两巡”，预试定检要求的环流检测和红外测温周期是“每半年一次”。

2.1 近10年的跳闸记录

此处只提取有关硇洲电房闪络跳闸的记录。根据35 kV硇洲线运维记录得知，该线路是在1998-03-02投运的，以往的跳闸记录上显示，硇洲侧电房支柱绝缘子闪络跳闸共计2次，分别是2014年3月和2016年11月。

2.2 近5年的大修技改及停电检修记录

此处只提取有关支柱绝缘子的改造记录，如表3所示。

表3 近5年大修技改及停电检修工作

2.3 近5年的测温工作记录

此处只提取支柱绝缘子有关的测温记录。根据测温工作记录可知，硇洲电房的支柱绝缘子发热情况一直都有，2016—2017年的测温记录显示支柱绝缘子普遍比刀闸电气连接点的温度高出2～3 ℃。尤其是2018年以来的红外测温工作显示，部分支柱绝缘子发热，温差超过10 ℃，随着带重负荷明显上升。

根据硇洲线运维班组人员反馈，平常硇洲侧电房由于靠近海边，巡视电房的工作人员经常发现电房内部比较潮湿，围墙上有潮气，并且电晕放电的噪音比较大。

3 故障原因分析

3.1 特殊地理环境及电气影响

硇洲电房位于硇洲岛东南侧，距离海岸线不到1 km，常年湿度大，属于重雾和重盐地区，按照污秽性质、污源距离、气象条件及等值附盐密度(盐密)，35 kV硇洲线属于Ⅳ级污区，所以通常用单位爬电距离(爬电比距)，也即绝缘子每千伏额定线电压的爬电距离来估计脏污条件下绝缘子的污闪性能。

在Ⅳ级污区内，支柱绝缘子表面容易积污，在干燥的情况下，绝缘子表面污层的电阻很大，对闪络电压没多大影响，但当大气湿度很高时，绝缘子表面的污层被湿润，其表面电导剧增使绝缘子泄露电流急剧增加，将导致绝缘子的闪络电压大大降低。

3.2 瓷质绝缘子和复合绝缘子的特点

3.2.1 瓷质绝缘子

(1) 优点：具有良好的化学稳定性和热稳定性，抗老化能力强，并具有良好的电气和机械性能。

(2) 缺点：缺陷不容易被发现，污秽闪络引起事故几率大。

3.2.2 复合绝缘子

(1) 优点：体积小，质量轻，便于安装；抗震性能优异，耐污性能好；机械性能高，不易破碎。

(2) 缺点：抗老化能力不如瓷质绝缘子，生产制作成本高。

3.3 支柱绝缘子的设计和施工不合理性

(1) 刀闸配置的支柱绝缘子在设计选型上不合理。刀闸的支柱绝缘子选用的是普通型室内瓷质绝缘子，型号ZL-35，这种绝缘子广泛适用于Ⅰ级污区的电气设备上。而硇洲电房的运行环境是Ⅳ级污区，这样会导致ZL-35支柱绝缘子容易表面积污，发生闪络故障引起线路跳闸。

(2) 支柱绝缘子增加橡胶伞裙的做法表面可行，但在实际设计绝缘子伞宽和伞距比的取值存在不合理。绝缘子伞裙突出主干的宽度和伞间距离之比，通常取为1∶2。伞裙宽度进一步增加不会使污闪电压提高，因为这种情况下放电已离开瓷表面而在伞边缘的空气间隙中发生。但如绝缘子运行地区受到一定的污染，则为了适当增大泄露距离，可将伞宽和伞距之比增加，即在0.5～1的范围内选取。而现场测量到实际安装的伞宽是5.5mm，伞距是14.5mm，伞宽和伞距之比是0.38，不在推荐取值范围内。在现场测量对还发现，部分的伞宽和伞距差别比较大，说明当时宽度和伞间距离之比的取值存在随意性。

(3) 支柱绝缘子加装橡胶伞裙的施工工艺不合格。使用热缩成型的复合伞裙与瓷质支柱绝缘子的界面应该是永久性粘接。粘接部分应该牢固密实，没有气泡和缝隙，以防止污秽物和水气进入，且粘接强度应大于硅橡胶材料自身的撕裂程度。但现场发现大部分加装的伞裙并没有与瓷质绝缘子的表面很好地粘接，存在一定缝隙，导致伞裙根部容易老化，发生电蚀击穿，伞裙失去增加爬距的作用。

(4) PRTV防污闪涂料施工质量不合格。现场发现支柱绝缘子发生电蚀发白的痕迹基本上也是防污闪涂料涂抹不均匀的地方。由于涂层厚度不均，不完整，存在破损，且有滴流挂丝的痕迹，涂层失去憎水迁移性。不合格的涂层使得电场不均匀，更导致部分滞留的水气进入伞裙，加剧了伞裙老化，降低支柱绝缘子表面闪络电压。

综上分析可知，由于设计没有很好地考虑到硇洲电房运行环境在Ⅳ级污区内，最初选用的2L-35普通型室内支柱绝缘子并不能很好地满足运行需要，因此在2014年和2016年没能及时开展绝缘子清扫的情况下发生了绝缘子闪络跳闸。在2017年，对支柱绝缘子进行了加装橡胶伞裙的做法，但由于伞裙的伞宽和伞距取值不合理，没能很好地增加爬距，并且由于施工工艺和施工质量的不合格，伞裙不能与绝缘子表面紧密贴合，存在的缝隙进入水气之后不断地老化并发生电蚀，这也很好地解释了测温工作记录中的温差不断变大的现象。随着伞裙与支柱绝缘子贴合面的电蚀击穿，逐步降低了绝缘子表面闪络电压，最终导致了整个支柱绝缘子的沿面闪络，线路跳闸。

4 防治措施及建议

为了防止硇洲电房再发生支柱绝缘子闪络导致线路跳闸故障，可以从以下几个方面进行改进。

(1) 根据硇洲电房运行在Ⅳ级污区，可选用型号ZSW的耐污型支柱绝缘子。耐污型支柱绝缘子与普通型支柱绝缘子的区别主要是绝缘子加长了，伞裙也变大了，通过增加爬电距离，从而提高支柱绝缘子表面的闪络电压。

(2) 定期或者不定期开展绝缘子清扫工作。在容易发生污闪的季节前进行清扫，及时清理干净绝缘子表面的污层，能有效减少闪络电压的下降。

(3) 如果刀闸配套的支柱绝缘子不好更换，也可以采取加装橡胶伞裙的做法。选取最优的伞宽和伞距比值，可以通过对不同伞伸出模型的沿面电场分布曲线进行仿真模拟，找出电场包络线处于最低位置时的伞宽和伞距比值，能最有效地增加爬距。同时把关好施工工艺质量，确保使用热缩成型的复合伞裙与瓷质支柱绝缘子的界面永久性粘接，粘接部分牢固密实，没有气泡和缝隙。

(4) 使用污闪涂料或进行表面处理。在绝缘子表面涂一层憎水性的涂料，这样在潮湿气候下表面会形成水滴，但不易形成连续的水膜，因此绝缘子泄漏电流小，污闪电压也不会下降太多。同时要做好施工质量验收工作，确保涂层厚度均匀、完整性，避免出现滴流挂丝现象。