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一起220kV架空输电线路双伞型瓷绝缘子炸裂故障分析

作者: 百度百科 来源: 百度百科 时间:2018年03月16日
  国网安徽省电力公司电力科学研究院、国网安徽省电力公司的研究人员夏令志、程登峰等,在2017年第9期《电气技术》杂志上撰文,针对某220kV架空输电线路双伞型瓷绝缘子炸裂故障事件,抽取故障批次绝缘子进行试验分析,主要试验项目包括温度循坏试验、工频击穿耐受试验、机电破坏负荷试验和孔隙性试验。
  结果显示该批次绝缘子3只样品中有2只机电破坏负荷试验不合格,实测机电破坏负荷值远低于额定值,破坏形式均表现为瓷件断裂,表明绝缘子质量存在问题。建议对该批次绝缘子进行更换,加强瓷绝缘子的入网、施工验收检测,并定期开展零值检测工作,及时更换零值、低值绝缘子。
  瓷绝缘子在架空输电线路中大量使用,相比玻璃和复合绝缘子,其应用条件更加广泛,在安徽电网架空输电线路中的使用比例约40%。瓷绝缘在长期运行过程中,受机电负荷、环境变化、污秽放电及外力作用等各种因素影响,可能出现钢帽腐蚀、钢帽开裂、瓷件开裂等现象[。
  其中,以瓷件劣化为常见,由于瓷绝缘子由瓷件、铁帽、钢脚用水泥胶合剂组装而成,三者膨胀系数的不同,在线路上长期运行下,因吸湿及冷热变化会产生内部应力和疲劳效应,若瓷件工艺或胶装质量差,则会逐步暴露出它的内在缺陷,导致瓷件产生裂纹,发生劣化,出现零值或低值,在雷击、覆冰、污秽放电和过电压等情况下,可能引起闪络、炸裂甚至断串、掉线事故。
  本文针对近期某220kV架空输电线路双伞型瓷绝缘子炸裂的故障,对相同厂家、型号、批次的绝缘子进行试验分析,主要试验项目包括温度循坏试验、击穿耐受试验、机电破坏负荷试验和孔隙性试验等,测试了电气、机械性能,分析得到了故障原因,并提出了应对措施。
  1.故障概况
  2017年1月26日9点20分,安徽电网某220kV输电线路B相故障,跳三相(重合闸停用),故障后巡视发现该线路92#塔B相(中相)双跳线串中的一串掉落,另一串未掉落(相同厂家、型号、批次),见图1所示。故障时段天气情况为晴天,气温在4℃~14℃间,西南风,风力1-2级,故障杆塔周围环境为平原草地。
  图1 故障现场图片
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  根据故障杆塔中相吊串挂点放电痕迹与故障录波图判断,绝缘子掉串前导线对横担绝缘子挂点处发生了放电,导致跳闸。检查发现绝缘子金具连接正常,排除金具故障导致掉串的原因。收集故障串的残余瓷件和金具,发现大部分瓷件本体炸裂严重,钢帽均没有开裂。
  对故障串残余绝缘子进行外观检查,发现多片绝缘子钢帽内部、钢脚与瓷件连接处放电痕迹明显(图2-图3),钢帽内部基本没有瓷件,仅存在残存水泥。
  图2 绝缘子钢脚顶端放电痕迹
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  图3 绝缘子钢帽内部放电痕迹
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  故障串绝缘子型号为U70BP双伞型防污瓷绝缘子,单串15片,绝缘子主要技术参数见下表1.
  表1 故障绝缘子主要参数表
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  2.绝缘子试验与结果分析
  该线路杆塔地处偏僻,为轻度污秽地区,故障时段天气晴好,未出现落雷情况,检查故障绝缘子残余瓷件表面未发现污闪痕迹,可排除污秽、雷击、覆冰等外部因素导致的绝缘子故障,初步推断本次故障是由于绝缘子本身存在问题,导致多片绝缘子劣化,内部绝缘遭受破坏后短路放电。
  2.1 绝缘子试验
  为进一步确认故障原因,对该杆塔另一跳线串取样7片进行试验分析。将样品分别编号,并分为E1和E2两组,其中,E1组包括1#-4#四片样品,E2组包括5#-7#三片样品,主要试验项目参照标准[8]开展,具体如下表2所示。
  表2 主要试验项目
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  试验过程和结果如下:
  1.温度循环试验
  将E1和E2组绝缘子迅速而完全的浸入到温度比后面试验用的冷水温度高70K的热水中,并在此温度下保持15min.然后取出试品,并不经过中间容器而完全浸入到冷水中,保持15min,从热水到冷水转换时间不超过30s.循环3次后应经受1min工频耐受试验,检查绝缘子,7片样品均没有可见损坏。
  2.工频击穿耐受试验
  将E1组样品逐个浸入绝缘油中,绝缘子上下端面之间施加工频电压,逐渐升至额定击穿电压120kV,样品均未发生击穿。
  3.机电破坏负荷试验
  将E2组样品逐个施加湿工频耐受电压,并同时在金属附件之间施加拉伸负荷。在整个试验中保持该电压。拉伸负荷平稳、迅速地从零增加到规定机电破坏负荷的75%,然后在15s-45s时间内逐步增加到规定破坏负荷为止,试验结果如下表3所示。
  表3 E2组样品机电破坏负荷试验结果
  由上表可见,5#和7#样品机电破坏负荷试验均不满足要求,其中,5#绝缘子未达到75%额定机电破坏负荷破坏就发生了破坏。样品的破坏形式均表现为瓷件断裂,断裂部位发生在瓷体与钢帽粘接处,表明瓷件本体和水泥胶装质量存在问题,见下图4所示。
  图4、5样品机电破坏负荷试验不合格照
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  4.孔隙性试验
  将经破坏试验后的E1组和E2组样品浸入压力20MN/m2的1%品红酒精溶液中,保持时间9小时,然后将样品从溶液中取出,洗涤、干燥,接着再敲碎,每片样品取瓷4块,检查新敲碎的表面,均未发现染色渗透。
  2.2 试验结果分析
  通过对相同厂家、型号、批次、运行环境的绝缘子抽样试验分析,可以得出该批次绝缘子瓷件本体和水泥胶装质量存在问题,机电性能差。故障串绝缘子在长期承受机电负荷、冷热变化、日晒雨淋的条件下,多片绝缘子内部发生劣化,出现零值或低值,终导致内部绝缘被击穿,短路放电造成瓷件炸裂。
  3.结论
  1.本次瓷绝缘子炸裂故障的主要原因是绝缘子本身质量问题,电瓷的生产工艺、水泥胶装质量是导致瓷绝缘子劣化的重要因素。
  2.该批次瓷绝缘子存在质量问题,建议对该批次绝缘子逐步进行更换;同时,加强瓷绝缘子的入网检测,不合格的产品禁止使用,瓷绝缘子安装前应逐个测量绝缘电阻,不满足标准[9]要求的禁止使用。
  3.运行瓷绝缘子长期处于机械、电气和外部恶劣环境的作用下会逐渐发生老化,建议线路运维单位使用火花间隙法或红外成像法[10-11]按期开展瓷绝缘子测零工作,及时更换零值、低值绝缘子,避免绝缘子劣化后导致的炸裂掉串故障。
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