鄒劭峰 張憲文

【摘 要】本文通過對高壓輸電線路復合絕緣子斷裂機理及斷裂特征的分析，以500kV神侯Ⅰ回線195#中相復合絕緣子斷串事故為例分析了事故原因，并提出了高壓輸電線路復合絕緣子在應用及運行維護等環(huán)節(jié)的意見和改進措施。

【關(guān)鍵詞】高壓輸電線路；復合絕緣子；芯棒；硅橡膠；斷裂機理

【中圖分類號】F407.61【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0440-01

1 引言

復合絕緣子在高壓輸電線路中的應用越來越普及，國外在20世紀70年代開始試用，目前大部分國家和地區(qū)在高壓和超高壓輸電線路中已普遍使用，本文以500kV神侯Ⅰ回線195#中相復合絕緣子斷串事故為例，對高壓輸電線路復合絕緣子的斷裂原因進行了分析探討，以期為復合絕緣子的安全運行提供依據(jù)。

2 復合絕緣子斷裂機理

2.1 復合絕緣子基本特性及脆斷特征

復合絕緣子的結(jié)構(gòu)形式很多，但基本上由芯棒、傘盤、金屬端頭（帽窩或碗頭）等幾部分組成。其中芯棒根據(jù)生產(chǎn)廠家不同而材質(zhì)略有區(qū)別，但大多基于以下四種材料：①E型玻璃纖維，普通環(huán)氧樹脂芯棒。（不耐酸堿，？ b=600-800Mpa）；②E型玻璃纖維，改性型環(huán)氧樹脂芯棒（耐酸性能不良，抗拉強度？b=600-800Mpa）；③ECR型耐酸玻璃纖維，改性型環(huán)氧樹脂芯棒（耐酸堿，抗拉強度？b>1000Mpa）；④ECR改性型耐酸高溫芯棒（耐酸、耐高溫，抗拉強度？b=1000Mpa以上）。在復合絕緣子中，存在兩個界面：（1）傘裙護套---芯棒粘接界面；（2）密封膠---金具粘接界面。上述二個界面的粘接質(zhì)量，是復合絕緣子產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的關(guān)鍵，如果護套與芯棒界面粘接不良，運行一段時間后，界面開裂，產(chǎn)生空隙，在高壓電場下，就會產(chǎn)生局部放電，引起內(nèi)絕緣破壞及芯棒材料局部老化斷裂，密封膠和金具粘結(jié)不良，會使潮氣浸入芯棒界面，潮氣在高壓電場下，顯示弱酸性，長期侵蝕芯棒及界面，會造成復合絕緣子脆斷和軸向擊穿。

2.2 復合絕緣子斷裂的主要原因

有資料表明，長時間酸蝕是造成芯棒脆斷的重要原因。酸的來源有兩種：一是復合絕緣子高壓端部電場強度較高，電暈嚴重，空氣在電場的作用下電離，產(chǎn)生氮離子與空氣中的水結(jié)合生成弱硝酸；二是酸雨，尤其在酸雨嚴重的重污染區(qū)。這些弱酸通過端部密封部分直接與芯棒接觸，或者沿著復合絕緣子裂紋漫漫滲透，芯棒主要承受拉力的材料是玻璃纖維，由于玻璃纖維對酸性物質(zhì)較為敏感，在其作用下變脆，形成脆斷層，隨著時間的推移，脆斷層不斷增大，芯棒有效面積減少，酸雨對玻璃纖維不斷進行腐蝕。芯棒在弱酸的長期作用下發(fā)生斷裂，待斷裂面積達到整個截面的相當比例時，余下部分承受不住導線的重量而發(fā)生斷裂，伴隨著拉絲現(xiàn)象產(chǎn)生復合絕緣子脆斷。通常在復合絕緣子的生產(chǎn)、運輸、安裝過程中，難免有復合絕緣子端部密封不良或損傷，造成復合絕緣子缺陷，這又加速了酸性雨水的滲透，增加了脆斷發(fā)生的概率。

3 事故分析

3.1 事故簡介

500kV神侯Ⅰ回線起始于神頭二電廠，止于侯村變電站，1998年11月24日投入運行，線路全長162.33 km，導線為4×LGJX—400/35。線路處于Ⅲ級污區(qū)，其中116基鐵塔采用型號為FXB-500/180復合絕緣子，該復合絕緣子棒芯為E型玻璃纖維材料，改性型環(huán)氧樹脂芯棒。

500kV神侯Ⅰ回線自投入運行以來，絕緣子運行狀態(tài)一直良好。而6月23日195#塔中相復合絕緣子突然發(fā)生自導線側(cè)壓接出口處斷裂。防振錘損壞4個，造成導線五處損傷，其中懸垂線夾小號側(cè)左下線損傷最為嚴重（斷18股，占鋁股總截面37.5%）；右下線斷17股，占鋁股總面積35.4%，線夾損壞；右上線損傷5股，每股損傷2/3。懸垂線夾大號側(cè)右上線斷2股右下線斷2股的重大事故。

3.2 事故分析

3.2.1 事故絕緣子基本情況

3.2.1.1 事故現(xiàn)場附近有明顯污染源（磚瓦廠多座），故障絕緣子及其附近的復合絕緣子均有明顯污穢物，導線橫擔及復合絕緣子無明顯的放電痕跡。且根據(jù)山西省電力系統(tǒng)雷電探測定位系統(tǒng)的探測記錄，故障發(fā)生期間附近沒有雷電發(fā)生，由此可排除事故為污閃或雷擊所致。

3.2.1.2 對發(fā)生斷裂的復合絕緣子斷面進行仔細的外觀檢查發(fā)現(xiàn)，斷裂面中有一個端面呈發(fā)黃的舊痕跡，面另一個端面則有拉斷的新痕跡，在端部金具與芯棒連接的密封處發(fā)現(xiàn)有密封不良現(xiàn)象，密封處的硅橡膠上發(fā)現(xiàn)有水滲透和金具銹蝕的痕跡。由此推斷，該復合絕緣子曾存在陳舊性裂紋。

3.2.1.3 斷裂位置發(fā)生在復合絕緣子導線側(cè)與金具壓接出口處，整個斷面呈不規(guī)則平臺狀，約1/4面積邊緣有拉絲，均壓環(huán)安裝位置及方向符合廠家設計要求，從斷裂處測得的復合絕緣子芯棒外護套厚度為2mm。此特征基本符合脆斷的特征，因此可初步推斷該復合絕緣子斷裂事故是由芯棒脆斷所致。

3.2.2 事故原因分析

由上述分析可見，該復合絕緣子斷裂的主要原因如下：

3.2.2.1 復合絕緣子的芯棒與金具聯(lián)接處密封層被破壞或芯棒外護套的硅橡膠層有裂紋。

3.2.2.2 195#塔緊靠風口，海拔高，空氣流動大，方圓5～10平方公里內(nèi)沒有有利的防風林帶，瞬時風速可達7級左右，大風引起的導線振動也加速了芯棒的脆斷速度。

3.2.2.3 環(huán)境空氣中的煙塵含鹽密度較大，在線路負荷大時，使得復合絕緣子高壓端部電場強度增大，電暈較嚴重，加速了復合絕緣子的劣化。

4 結(jié)論與建議

由前可知，復合絕緣子發(fā)生脆斷的主要原因是芯棒外護套或密封層受損，在風及環(huán)境的影響下，長時間酸性物質(zhì)的滲透造成的芯棒腐蝕和振動機械力的作用下而產(chǎn)生的。因此，避免或減少復合絕緣子脆斷事故發(fā)生的有效措施可從生產(chǎn)工藝、運輸及安裝過程等方面著手。即建議：

4.1 采用耐酸性材料做復合絕緣子芯棒材料

復合絕緣子的生產(chǎn)過程質(zhì)量管理必須按照國際標準嚴格把關(guān)，由于大氣污染越來越嚴重，酸雨的發(fā)生面積不斷擴大、酸雨次數(shù)也在不斷增加，復合絕緣子生產(chǎn)廠家應結(jié)合用戶所處地理位置的污染情況，有選擇地采用不同的耐酸材料做為芯棒材料，并從制造工藝上改進接頭的結(jié)構(gòu)，加強密封材料性能的改進，提高密封性能，防止密封失效。

4.2 改進復合絕緣子包裝方式

復合絕緣子的包裝對保護復合絕緣子質(zhì)量起重要作用，由于復合絕緣子的硅橡膠層屬易脆性材料，易受損壞，而送電線路具有分散、地域范圍廣、交通困難的特點，材料的運輸既有車船運輸又有人力抬運。因此，復合絕緣子生產(chǎn)廠家應結(jié)合送電線路的特點，采用分散小包裝方式，每個包裝箱以2～3串為宜，箱體要有一定強度，保證復合絕緣子在運輸過程中不受損傷。

4.3 改進復合絕緣子安裝方法

復合絕緣子安裝過程中的質(zhì)量控制也很關(guān)鍵，其直接影響復合絕緣子的運行。目前線路施工單位在安裝復合絕緣子時大多采用單點起吊安裝方式，對110kV和220kV線路，由于絕緣子串長度不很長，整體剛性較好，起吊過程中受彎彎矩一般很小，不會有明顯損傷；而500kV線路的復合絕緣子長度達4.45m，屬細長桿結(jié)構(gòu)，單點起吊時中間彎矩很大，芯棒外面的硅橡膠層有可能因過度受拉而開裂。

4.4 加強對運行復合絕緣子的檢測及維護

加強對運行中的復合絕緣子的檢測及維護，可及時發(fā)現(xiàn)劣化絕緣子，防患于未然。