田革燊，蔣 菲，李 軍

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730000；2.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

瓷質(zhì)絕緣子因其良好的電氣絕緣和機(jī)械性能，加上相對(duì)較低的生產(chǎn)成本以及日趨成熟的制造經(jīng)驗(yàn)，在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，高壓輸電線(xiàn)路、變電站架空母線(xiàn)普遍采用瓷質(zhì)懸式絕緣子串進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)固定和絕緣。由于絕緣子在運(yùn)行過(guò)程中長(zhǎng)期暴露在嚴(yán)酷的自然環(huán)境中，要承受各種電場(chǎng)、機(jī)械負(fù)荷、環(huán)境變化的考驗(yàn)，因此要保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定的絕緣水平，就要求絕緣子不能由于環(huán)境和電負(fù)荷條件等變化而發(fā)生各種機(jī)電應(yīng)力失效，進(jìn)而引發(fā)各種安全事故。

下面以西北地區(qū)某330 kV變電站運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的母線(xiàn)懸式絕緣子串整串炸裂事件為例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)比對(duì)、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析，以及生產(chǎn)安裝過(guò)程追溯、返廠(chǎng)解體檢查等手段，全方位、全過(guò)程分析查找絕緣子串炸裂的原因，為開(kāi)展同類(lèi)絕緣子質(zhì)量問(wèn)題的排查處理和整改防范提供科學(xué)依據(jù)。

1 事件介紹

西北地區(qū)某330 kV變電站330 kV母線(xiàn)擴(kuò)建工程中，共安裝使用XWP1-160瓷質(zhì)懸式絕緣子串33串，單串23片組裝。該330 kV母線(xiàn)擴(kuò)建工程投運(yùn)后第350天，其中1串330 kV懸式絕緣子串在08:35突然發(fā)生炸裂，母線(xiàn)保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，造成該站330 kV II母失壓。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)巡查及調(diào)閱監(jiān)控視頻確認(rèn)，故障絕緣子串是在運(yùn)行中整串自然炸裂，鋼帽、瓷片、鋼腳等散落在地面，母線(xiàn)局部自然下垂，炸裂絕緣子串與母線(xiàn)門(mén)型架的連接掛點(diǎn)處有放電痕跡。

2 調(diào)查檢測(cè)

對(duì)絕緣子串炸裂事件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，整串絕緣子瓷件部分已全部炸裂成碎片，絕緣子鋼帽內(nèi)有放電痕跡，多數(shù)絕緣子鋼帽因爆炸開(kāi)裂?，F(xiàn)場(chǎng)收集的炸裂絕緣子鋼帽及瓷片如圖1所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)收集的炸裂絕緣子鋼帽及瓷片

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查情況，初步判斷爆炸的原因是絕緣子串中的低、零值絕緣子過(guò)多，引起貫穿性擊穿放電，故障電流經(jīng)過(guò)絕緣子鋼帽內(nèi)使其溫升超過(guò)臨界值，最終導(dǎo)致絕緣子串發(fā)生爆炸。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，事件原因調(diào)查分析主要從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)比對(duì)、同批次絕緣子性能檢測(cè)、生產(chǎn)過(guò)程追溯等方面展開(kāi)。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)比對(duì)

現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員第一時(shí)間逐一對(duì)炸裂串同相母線(xiàn)另一側(cè)的23片懸式絕緣子進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)其中4片絕緣子鋼帽有放電痕跡、5片絕緣子有沿面放電痕跡，隨后對(duì)該串絕緣子進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)試。

根據(jù)DL/T 741—2010《架空輸電線(xiàn)路運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定，“運(yùn)行中的瓷質(zhì)絕緣子，其絕緣電阻不得小于300 ΜΩ”。本次事件中與炸裂絕緣子串同相對(duì)側(cè)的23片絕緣子中，測(cè)得低、零值絕緣子17片，僅6片絕緣子電阻測(cè)試合格。

對(duì)該站330 kV設(shè)備區(qū)所有帶電絕緣子開(kāi)展紫外成像檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)與炸裂串同批次安裝的由同一供應(yīng)商供貨的另外24串絕緣子中，存在持續(xù)放電的有3串、間歇性放電的有5串。同步對(duì)站內(nèi)其他廠(chǎng)家供貨的39串絕緣子串進(jìn)行了紫外成像檢測(cè)，未發(fā)現(xiàn)異常放電情況。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)炸裂絕緣子串鋼帽、瓷片的勘驗(yàn)結(jié)果，以及對(duì)同批次絕緣子串抽樣進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試、全站絕緣子串紫外成像檢測(cè)等結(jié)果綜合判斷分析，本次絕緣子串炸裂是由于同批次絕緣子均質(zhì)量問(wèn)題。根據(jù)上述調(diào)查分析的初步結(jié)果，為保證變電站安全運(yùn)行，防止再次發(fā)生絕緣子串擊穿或炸裂問(wèn)題，運(yùn)行單位立即組織人員對(duì)同批次安裝的同一供應(yīng)商供貨的所有絕緣子串進(jìn)行了更換。

2.2 實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)分析

2.2.1 絕緣電阻測(cè)試

為徹底查明本次絕緣子串炸裂的原因，將現(xiàn)場(chǎng)更換的同批次其他619片絕緣子送到實(shí)驗(yàn)室，逐一進(jìn)行了絕緣電阻測(cè)試。檢測(cè)結(jié)果為：合格絕緣子136片，低值絕緣子6片，零值絕緣子477片，低值、零值絕緣子占送檢絕緣子總數(shù)的78 %。

2.2.2 拉力試驗(yàn)

通過(guò)拉力試驗(yàn)，對(duì)絕緣子的機(jī)械性能是否符合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證。從送檢的619片同批次絕緣子中隨機(jī)選取了2串共46片進(jìn)行了拉伸負(fù)荷試驗(yàn)。采用80 kN試驗(yàn)拉力，試驗(yàn)時(shí)間1 min，被測(cè)試的絕緣子全部通過(guò)試驗(yàn)，證明該批次絕緣子機(jī)械性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 生產(chǎn)過(guò)程追溯

通過(guò)查閱絕緣子瓷片的生產(chǎn)過(guò)程資料，對(duì)該批次絕緣子瓷絕緣件的生產(chǎn)加工過(guò)程進(jìn)行了調(diào)查性追溯。通過(guò)詳細(xì)核對(duì)有關(guān)記錄資料，確認(rèn)本批次產(chǎn)品的泥料、鋼腳、鋼帽、水泥膠合劑等原材料進(jìn)廠(chǎng)驗(yàn)收(理化試驗(yàn)報(bào)告)質(zhì)量跟蹤記錄文件齊全，證明絕緣子原材料質(zhì)量控制過(guò)程符合相關(guān)要求。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)研考察，對(duì)該批次瓷質(zhì)絕緣子瓷件泥料成型及燒成后的工藝控制情況進(jìn)行收資分析。隨后對(duì)隨機(jī)抽取的精泥水分測(cè)試表、成型濕坯尺寸規(guī)格檢驗(yàn)記錄、干坯水分測(cè)試表、出窯報(bào)告表、成瓷檢驗(yàn)窯次報(bào)告綜合表等資料進(jìn)行核查，以及對(duì)懸式絕緣子產(chǎn)品抽查試驗(yàn)記錄、出廠(chǎng)產(chǎn)品試驗(yàn)報(bào)告、XWP1-160高壓線(xiàn)路耐污盤(pán)形懸式瓷絕緣子定型試驗(yàn)(型式試驗(yàn))檢驗(yàn)報(bào)告等相關(guān)過(guò)程資料、試驗(yàn)報(bào)告等進(jìn)行審查，其結(jié)果均滿(mǎn)足國(guó)家相關(guān)絕緣子試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 返廠(chǎng)檢測(cè)分析

根據(jù)事件調(diào)查需要，調(diào)查人員在現(xiàn)場(chǎng)被更換的同批次絕緣子中隨機(jī)抽取了3片零值、2片低值、1片合格的絕緣子，共6片樣品，送至原生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)及解體檢查。為保證調(diào)查分析的全面、客觀(guān)，在對(duì)6片返廠(chǎng)的絕緣子樣品進(jìn)行試驗(yàn)前，調(diào)查人員隨機(jī)選取了該廠(chǎng)家同型號(hào)的合格產(chǎn)品同步進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)。

2.4.1 孔隙性試驗(yàn)

導(dǎo)致絕緣子絕緣性能較差的可能原因有2點(diǎn)：

(1) 相關(guān)污染物的集聚；

(2) 絕緣子本身的缺陷。

本次炸裂的絕緣子為防污瓷質(zhì)絕緣子，且在投運(yùn)后較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)批量絕緣劣化問(wèn)題，因而在進(jìn)行返廠(chǎng)專(zhuān)業(yè)檢測(cè)分析時(shí)，首先對(duì)送樣的1片零值絕緣子(試品編號(hào)3號(hào))、1片低值絕緣子(試品編號(hào)5號(hào))及廠(chǎng)家隨機(jī)抽樣的1片同型號(hào)合格產(chǎn)品(試品編號(hào)9號(hào))同步進(jìn)行了孔隙性試驗(yàn)。將測(cè)試絕緣子同時(shí)置于含重量1 %品紅的酒精溶液中，在液壓20 MPa下保壓9 h后，取出試樣進(jìn)行烘干，擊碎并觀(guān)察斷面品紅滲透現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果顯示：5號(hào)、9號(hào)試品瓷片斷面無(wú)品紅滲透現(xiàn)象，3號(hào)瓷片斷面有品紅滲透現(xiàn)象；這證明3號(hào)瓷片燒結(jié)致密度較低，瓷件孔隙率較大。

2.4.2 解體檢查

鑒于孔隙率試驗(yàn)的結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)本次抽樣的低、零值絕緣子樣品進(jìn)行了解體檢查。解體檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，絕緣子鋼帽與瓷件頭部水泥膠合劑層有明顯的氣孔及孔隙。證明該批次絕緣子在制造生產(chǎn)過(guò)程中，膠裝工藝質(zhì)量控制存在漏洞，導(dǎo)致絕緣子膠合劑層產(chǎn)生吸濕性空隙。

2.4.3 理化分析試驗(yàn)

對(duì)零值絕緣子(試品編號(hào)3號(hào))及廠(chǎng)家隨機(jī)抽樣的同型號(hào)合格產(chǎn)品(試品編號(hào)9號(hào))瓷件進(jìn)行了理化分析試驗(yàn)?；?yàn)結(jié)果表明：3，9號(hào)絕緣子樣品部分材料成分存在較大差異，其中主要成分SiO2與Al2O3的偏差尤為明顯。含量對(duì)比如表1所示。

表1 樣品絕緣子材料成分含量對(duì)比表 %

2.4.4 工頻耐壓試驗(yàn)

當(dāng)遇到雨、雪、霧、露等潮濕或沙塵等天氣時(shí)，絕緣子表面污穢層中的電解質(zhì)就會(huì)溶解、電離，導(dǎo)致污穢層電導(dǎo)率增加，絕緣子表面的泄漏電流會(huì)相應(yīng)增加。由于絕緣子的形狀、結(jié)構(gòu)、尺寸以及絕緣子表面污穢層分布不均和潮濕程度不同等復(fù)雜因素的影響，絕緣子運(yùn)行過(guò)程中表面各部位的電流密度不同，結(jié)果在電流密度大的地方會(huì)很快形成干燥帶，干燥帶的形成促使絕緣子表面的電壓分布更不均勻，干燥帶承受較高的電壓。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)，將產(chǎn)生輝光放電，繼而產(chǎn)生局部電弧，電弧有可能熄滅，也有可能發(fā)展。當(dāng)局部電弧不斷發(fā)生和發(fā)展，達(dá)到或超過(guò)臨界狀態(tài)時(shí)，電弧就會(huì)貫穿絕緣子兩極，產(chǎn)生閃絡(luò)放電；閃絡(luò)停止后仍能恢復(fù)正常狀態(tài)。但是，當(dāng)絕緣子在運(yùn)行中長(zhǎng)期存在放電情況時(shí)，會(huì)加快其絕緣劣化的速度。劣化達(dá)到一定程度，將導(dǎo)致絕緣子的絕緣電阻變小、泄漏電流變大，從而促進(jìn)絕緣子放電通道的構(gòu)建，導(dǎo)致更強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成擊穿。因此，從本次更換下來(lái)的與炸裂絕緣子同批次生產(chǎn)的絕緣子中，挑選了前期各項(xiàng)檢查均合格的絕緣子進(jìn)行了工頻耐壓試驗(yàn)。當(dāng)試驗(yàn)電壓升至60 kV時(shí)，絕緣子被擊穿，未能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工頻耐壓(80 kV，1 min)要求。

3 事故原因分析

通過(guò)對(duì)本次炸裂的懸式絕緣子殘件、同批次產(chǎn)品進(jìn)行多項(xiàng)深入全面的試驗(yàn)檢測(cè)及比對(duì)分析，得出本次330 kV懸式瓷質(zhì)絕緣子串運(yùn)行中炸裂事件的主要原因有以下幾個(gè)。

(1) 該批次瓷質(zhì)絕緣子在生產(chǎn)制造過(guò)程中質(zhì)量控制存在較多問(wèn)題。部分原料配比偏差較大，焙燒控制過(guò)程中，氧化還原反應(yīng)過(guò)程不到位，造成部分絕緣子瓷件致密度不夠，存在極其微小的吸濕性孔隙；另外，鋼帽與瓷件粘合環(huán)節(jié)膠裝工藝質(zhì)量控制不嚴(yán)格，水泥膠合劑層存在明顯的氣孔及孔隙。

(2) 在絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行后，由于絕緣子存在吸濕性孔隙，大氣中的雨水及霧氣中的水分子等滲入瓷件及水泥膠合劑層的孔隙中，造成絕緣子絕緣性能降低。加之事發(fā)前當(dāng)?shù)爻霈F(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)段的連續(xù)陰雨天氣，加劇了絕緣子的劣化速度，產(chǎn)生大量低、零值絕緣子。

(3) 由于吸濕劣化產(chǎn)生了大量低、零值絕緣子，絕緣子串在承受高電壓情況下泄漏電流變大。當(dāng)泄漏電流發(fā)展成大電流并通過(guò)絕緣子內(nèi)部時(shí)，絕緣子劣化程度進(jìn)一步加劇，電流損耗進(jìn)一步變大，其電導(dǎo)損耗和極化損耗轉(zhuǎn)變的熱能急劇增加，引起鋼帽內(nèi)溫度迅速升高。大量的熱量使得絕緣子溫升迅速達(dá)到臨界值，使其所受內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)自身機(jī)械強(qiáng)度，最終造成絕緣子串整體炸裂、脫落掉串。

4 結(jié)論及建議

本次絕緣子串炸裂事件反映出絕緣子生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)、生產(chǎn)加工全過(guò)程質(zhì)量控制不到位、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)把關(guān)不嚴(yán)等問(wèn)題。同時(shí)，也暴露出變電站工程物資進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、質(zhì)量檢驗(yàn)等各環(huán)節(jié)把關(guān)不嚴(yán)等諸多問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)防范同類(lèi)事件重復(fù)發(fā)生提出如下建議：

(1) 對(duì)該變電站同批次絕緣子全部進(jìn)行更換；

(2) 開(kāi)展所有在建輸變電工程絕緣子采購(gòu)使用情況專(zhuān)項(xiàng)排查，對(duì)該供應(yīng)商供貨的同類(lèi)絕緣子產(chǎn)品全部進(jìn)行更換；

(3) 在對(duì)全省所有220 kV及以上變電站的懸式絕緣子串進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)紅外、紫外零值檢測(cè)排查時(shí)，發(fā)現(xiàn)在運(yùn)絕緣子存在類(lèi)似批量劣化問(wèn)題的，應(yīng)立即予以更換；

(4) 對(duì)入網(wǎng)瓷質(zhì)懸式絕緣子供應(yīng)商產(chǎn)品唯一標(biāo)識(shí)進(jìn)行收集匯總，加強(qiáng)對(duì)瓷質(zhì)懸式絕緣子的到貨驗(yàn)收、質(zhì)量檢測(cè)等工作，防止違規(guī)轉(zhuǎn)包、貼牌生產(chǎn)和供應(yīng)絕緣子等情況發(fā)生；

(5) 修訂完善輸變電工程乙供材料的授權(quán)范圍、采購(gòu)流程、質(zhì)量管控等管理要求，明確所有輸變電工程乙供材料必須優(yōu)先選用合格供應(yīng)商及其相關(guān)產(chǎn)品；

(6) 全面加強(qiáng)工程質(zhì)量全過(guò)程監(jiān)督管理，嚴(yán)把設(shè)備材料供應(yīng)商的資質(zhì)審查以及到貨驗(yàn)收、抽樣檢測(cè)關(guān)，保證入網(wǎng)材料質(zhì)量，提升電網(wǎng)本質(zhì)安全水平。