（惠州供電局，廣東 惠州 516000）

大電流高壓柜支持瓷瓶斷裂原因分析及預防措施

謝 楊

（惠州供電局，廣東 惠州 516000）

本文通過一起10kV大電流高壓柜支持瓷瓶斷裂的缺陷案例，從材料的使用、安裝運輸過程中的操作、使用環(huán)境等方面對瓷瓶斷裂原因進行了分析，并提出相關的預防控制措施。

瓷瓶；斷裂；預防措施

支柱瓷瓶是高壓設備運行的重要部件，近年來，因支柱瓷瓶斷裂而發(fā)生的故障也并不少見。這一方面不僅會造成嚴重的電網(wǎng)事故、影響安全供電；另一方面還會對運行及檢修人員的人身安全構成威脅，給電力系統(tǒng)安全運行帶來很大的隱患。因此，認真分析其斷裂產(chǎn)生的原因，及時采取相應的預防控制措施是很有必要的。

1 缺陷概況

2013年8月，惠州供電局某110kV變電站在停電檢修過程中，發(fā)現(xiàn)多組GN30-12/3150型隔離開關的多個支持瓷瓶出現(xiàn)不同程度的斷裂情況，如圖1所示。

由于GN30-12/3150型隔離開關原設計均為全國統(tǒng)一的設計形式，按照GB287.1-1998《高壓支柱瓷瓶絕緣子第一部分：技術條件》3.3絕緣子機械強度等級，選擇抗彎強度要求僅為不小于8kN。部分廠家的GN30-12/3150型隔離開關使用的支柱瓷瓶絕緣子強度有一定的分散性，一部分的抗彎強度可能稍低于8kN。再者8kN雖然已達到國家標準，但由于實際運行過程中對絕緣子所產(chǎn)生的作用力多方面的，會有可能超過8kN以上，所以正常的普通瓷瓶絕緣子也會有開裂的情況。

對于陶瓷支柱絕緣子來說，質(zhì)量的分散性較大。陶瓷內(nèi)部也存在許多形狀不同、大小和分布不等的結構性空隙或隱蔽性裂紋：同時陶瓷的塑性變形能力又極差，所以受力時在裂紋尖端容易產(chǎn)生很高的應力集中，并且材料的裂紋擴展抗力極低，在應力峰值超過一定的大小時，裂紋就會很快擴展，直至發(fā)生脆性斷裂。

2 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場所了解的情況，支柱瓷瓶絕緣子的裂紋的位置、形狀、方向等情形各異，說明其所受到力的大小、方向、作用點有所不一樣。據(jù)分析外力影響大體有以下幾種情況：

（1）不良應力

大電流高壓柜的母排電流都比較大，不同相的母排之間會產(chǎn)生較大的電動應力：另外珠三角地區(qū)拉閘限電頻繁，而操作開關時也會產(chǎn)生一個沖擊力，這兩個力會在操作開關時對支柱絕緣子產(chǎn)生不良的橫向合力。這些因素使個別支柱絕緣子產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生了裂紋的絕緣子長期在連接母排的不良應力及電動力的反復震動下運行，微裂紋逐漸擴大而引至加深。在應力峰值超過一定的大小時，裂紋就會很快擴展，直至發(fā)生脆性斷裂。

（2）高溫度作用下的金屬材料系數(shù)變化

GN30-12/3150型隔離開關運行過程中，如果在負荷高峰時，電流過大會造成隔離開關觸頭溫度高及發(fā)熱現(xiàn)象。受溫度變化的影響，包括母排等金屬材料的物理性能發(fā)生變化（冷縮熱漲），改變了材料的工作長度，這一些的改變也可能引致對支柱絕緣子產(chǎn)生一定的應力。

（3）母排與開關的連接與安裝

母排的連接和安裝較為重要，在連接時由于偏離較大而采取外力矯正時，對其支柱絕緣子的影響同樣大。母排的連接和安裝主要反應下面的4個方面：

①母排安裝的吻合度；

②母排安裝的上下左右偏離度；

③母排安裝孔的同心度；

④母排安裝的平面度。

本次發(fā)生斷裂的瓷瓶都是3150A的大電流開關柜。開關柜內(nèi)的連接母排截面比較大，而且是雙母排或者是三母排。對于上述母排的4種安裝連接要求是比較高的。如果外力施加調(diào)整，位移間距較大時，其外力作用就會很大（上述4種安裝的偏離所產(chǎn)生于瓷瓶的作用力的方向都不一樣）。假如再加上產(chǎn)品通電過程中不斷形成的電動力、高溫作用下金屬材料的膨脹、開關的草紙應力等影響，側施加于開關瓷瓶的作用力就會很大，當其作用合力達到某一峰值時，就有產(chǎn)出開關/刀閘瓷瓶爆裂的可能。

（4）由于支柱絕緣子瓷質(zhì)部分與金屬嵌件為不同的材料且為硬連接，當外部各處產(chǎn)出的應力積聚傳遞至絕緣子時，已無法產(chǎn)出位移緩沖，而最終將應力作用于瓷瓶上，造成瓷瓶開裂。

（5）支柱絕緣子用于澆裝嵌件的填充劑（一般采用環(huán)氧樹脂），其受熱膨脹系數(shù)可能比金屬嵌件及瓷瓶大，當支柱絕緣子在長期受熱狀態(tài)下，由于填充劑的膨脹體積比其它材料要大，當絕緣子內(nèi)部也么有足夠的緩沖空間，最好可能導致填充劑從內(nèi)部將瓷瓶撐裂。

圖1 5224C相上刀閘支持瓷瓶斷裂

經(jīng)過綜合各方面原因分析，本次絕緣子斷裂可能與安裝的環(huán)境條件有一定關系。因當初絕緣子是在變電站現(xiàn)場安裝，安裝過程中一些參數(shù)由于現(xiàn)場環(huán)境原因沒法與車間生產(chǎn)現(xiàn)場一樣要求得那么精細，在綜合以上條件，從而導致了重大缺陷的發(fā)生。

3 預防控制措施

針對上述的問題，在改進作業(yè)方式的同時，建議采取如下的預防控制措施：

（1）優(yōu)化支柱絕緣子瓷質(zhì)部分與金屬嵌件或金屬嵌件與銅導體之間的硬連接方式，增加絕緣紙墊或薄體金屬作連接過渡，減輕甚至消除應力積聚對絕緣子的影響作用。

（2）改進填充劑的成分、填充工藝、填充部分的結構設計，力求消除絕緣子在高溫環(huán)境下因內(nèi)部作用力而損壞絕緣子。

（3）出現(xiàn)類似瓷瓶開裂的缺陷，建議整個開關一起拆卸下來，經(jīng)過現(xiàn)場安裝人員重新調(diào)整，檢測各項技術指標合格后再重新安裝上去，盡量不要在變電站高壓柜內(nèi)現(xiàn)場更換零部件。

結語

支持瓷瓶絕緣子是高壓設備的重要絕緣部件，是設備安全穩(wěn)定運行的前提。本文通過對一起大電流開關柜支持瓷瓶斷裂原因的分析，找到相應的預防控制措施，這對于確保瓷瓶的健康安全運行，保障電網(wǎng)的安全，具有積極的意義。

[1]羅飛.一起隔離開關瓷瓶缺陷案例分析[J].四川電力技術，2011（10）.

[2]呂琪.瓷瓶斷裂原因分析及預防措施[J].江西電力職業(yè)技術學院學報，2008（03）.

X934

A