500kV進口合成絕緣子芯棒脆斷原因分析及對策

劉洋，劉貞瑤，周志成，魏旭，李鴻澤，范曉東

（1.江蘇省電力試驗研究院有限公司，江蘇南京211103；2.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；3.蘇州供電公司，江蘇蘇州215000）

合成絕緣子以其重量輕、機械強度高、憎水性強、耐污閃性能好、不測零值和少維護等優點，受到用戶普遍認可和好評，發展十分迅猛。江蘇電網使用合成絕緣子較早，目前110～500kV交直流線路上運行的合成絕緣子已超過26.5萬支。合成絕緣子分內外絕緣兩部分，外絕緣主要靠硅橡膠傘裙護套，內絕緣主要依靠芯棒，芯棒同時也是合成絕緣子機械負荷的承載部件，內外絕緣主要通過密封膠進行絕緣密封，目前合成絕緣子端部連接和密封技術已經經歷了三代產品，1991～1997年第一代合成絕緣子采用真空灌膠內楔工藝，1996～1999年第二代合成絕緣子采用擠包穿傘內楔工藝，2000年至今第三代合成絕緣子采用擠包穿傘或整體注射壓接工藝。隨著合成絕緣子運行時間的增加，早期合成絕緣子在壓接工藝和端部密封的不成熟導致了多起芯棒脆斷事故，其中2004年浙江500kV線路發生3起，2002～2003年廣東500kV線路發生2起，2006～2007年河南220kV線路發生2起，2009年福建電網發生數起。芯棒脆斷已成為當前合成絕緣子所發生的最嚴重的事故，據不完全統計，國內發生的合成絕緣子脆斷故障已超過20起[1-4]，產品涉及國外和國內的多個廠家，造成導線掉落等電網惡性事故，給電網安全帶來巨大威脅。本文對江蘇電網500kV合成絕緣子芯棒脆斷事故進行總結分析，并提出相應的防范措施。

1 合成絕緣子事故概況

500kV 5649玉車線起始于玉山變電站，止于車坊變電站。線路全長16.19 km，2010年6月13日上午7：49巡線人員發現17號A相（下相大號側）合成絕緣子斷裂，斷串絕緣子型號為99K6697/A，為德國赫斯特公司產品，2001年3月投運，運行時間9年。合成絕緣子斷裂發生在17號桿塔A相靠近導線側高壓端處，距離金具約30 cm。事故地段距離藍天熱電廠約2.91 km，距離吳淞江1.49 km，屬于D1級污穢區。2007年5月對該線路絕緣子進行了單串改為雙串掛點，因此斷串事故未造成導線落地重大事故。現場照片見圖1。為了防止運行合成絕緣子再次發生芯棒脆斷事故，對同批次運行的絕緣子進行紅外普測，巡線發現500kV 5278石山線38號桿塔B相北側的合成絕緣子芯棒異常發熱，發熱點集中在高壓側距離金具約30 cm處，發熱點溫度為26.02℃（對比溫度為17.89℃）。該絕緣子亦為德國赫斯特公司產品，2001年3月投運，運行時間9年。該故障點距離斷串絕緣子運行線路7.48 km，也屬于D1級污穢區，如圖2所示。

2 試驗分析

2.1 外觀檢查

如圖3所示，斷串合成絕緣子傘裙無破損，表面覆蓋一層致密污穢，傘裙較硬，靠近高壓側護套有一處開裂，裂紋約5 cm，高壓側護套有多處蝕損點。端部金具與芯棒連接的密封處發現有裂縫，局部地區密封膠脫落，界面密封處為凹槽結構，堆積了較多的污穢物。芯棒護套約3mm厚，芯棒呈不規則拉絲斷裂狀，芯棒端口部位與棒軸成90°垂直，斷裂表面光滑平整。

異常發熱的合成絕緣子與斷串絕緣子外觀特征相似，傘裙無破損，表面污穢致密，傘裙較硬，高壓護套側多處蝕損點。端部金具銹蝕，金具與芯棒護套聯接處出現密封膠脫落現象，如圖4所示。

2.2 憎水性試驗

采用噴水分級法對兩支合成絕緣子進行憎水性測試，分別按高壓側、中部、低壓側3個部分進行試驗。試驗結果發現，斷串絕緣子高壓側憎水性為HC3，中部為HC4，低壓側為HC4。異常發熱絕緣子高壓側憎水性為HC3，中部HC4，低壓側為HC3，見圖5，6。按照DL/T864—2004[5]標準判定準則要求，兩支合成絕緣子憎水性良好，滿足繼續運行要求。

2.3 機械試驗

按照標準要求，對5278石山線發熱絕緣子先進行50%額定機械負荷耐受試驗，再進行水煮試驗和陡波沖擊電壓試驗。試驗要求合成絕緣子應在50%額定機械負荷下耐受1 min而不損壞、不位移。

該合成絕緣子額定負荷為180 kN，將合成絕緣子固定在拉力試驗機上，當施加90.4 kN拉力時，合成絕緣子發生斷裂。絕緣子未通過50%額定機械負荷耐受試驗。斷裂后的芯棒顏色變為黃褐色，斷口處的玻璃纖維均已酥脆，屬脆性斷裂并伴有拉絲現象，斷裂部位與異常發熱點位置吻合。根據DL/T864判定準則，該類絕緣子應退出運行。

3 故障原因分析

合成絕緣子憎水性良好，排除了絕緣子表面劣化造成的絕緣性能下降引起斷串的可能。從外觀可以看出，硅橡膠護套厚度較薄約3mm，芯棒護套與金屬界面處為凹槽結構，容易積水和污穢，設計不合理，密封膠工藝較差。5649玉車線合成絕緣子斷串事故是由芯棒脆斷引起，主要原因是長期運行后芯棒護套與金具界面部位密封膠出現脫落，由于高壓端電場強度高，電暈放電使得空氣發生電離生成氮氧化物NOX,在水和潮氣的環境下發生反應生成弱硝酸，滲入芯棒后加劇了芯棒的腐蝕，另外，工業的發展使得環境污染下酸雨尤為普遍，酸雨通過端部密封部分直接與芯棒接觸，在芯棒護套處長期燒蝕，由于絕緣子護套厚度薄，傘裙耐漏電起痕性能較差，導致護套逐漸燒穿，芯棒酸蝕后拉伸強度嚴重下降，芯棒脆化后強度一旦低于運行所承受的載荷時即發生斷裂。合成絕緣子異常發熱的原因與斷串合成絕緣子相同，也是密封不良導致芯棒長期滲水或酸性物質，芯棒異常發熱是脆斷發生的早期癥狀，一旦繼續運行將存在斷串的安全隱患。

4 結束語

（1）芯棒脆斷是合成絕緣子護套與金具界面密封膠在運行中出現破損，臟污水長期入侵至芯棒，導致局部放電和酸蝕，芯棒強度下降至無法承受運行所受拉力時即被拉斷。

（2）芯棒脆斷是一個長期積累的結果，芯棒發熱是發生脆斷的早期癥狀，且發熱點通常集中在絕緣子高壓端。

合成絕緣子經過了幾代產品的發展，在界面密封、壓接方式、材料配方方面取得長足的進步，逐漸成熟，早期的國內外合成絕緣子在材料和工藝技術落后，是目前線路運行需要重點關注的對象。通過500kV合成絕緣子斷串及發熱缺陷的事故分析，給出以下幾點建議：

（1）盡早用新一代合成絕緣子更換已運行多年的早期合成絕緣子，消除輸電線路隱患，保證電網安全可靠運行。

（2）早期國外合成絕緣子護套厚度較薄，密封膠多采用室溫硫化硅橡膠材料，密封性能差，存在安全隱患，建議加強對該類合成絕緣子的抽檢試驗。

（3）建議線路維護部門加強對2000年前生產的合成絕緣子開展紅外檢測，及時發現各類隱性缺陷。

[1] 包建強，余長水，周立波，等.進口500kV復合絕緣子斷裂的原因分析[J].絕緣材料，2009,42(5)：71-76.

[2] 錢之銀，包建強.進口合成絕緣子斷裂原因分析[J].高電壓技術，2003，30(5)：3-4.

[3] 張鳴，陳勉.500kV羅北甲線合成絕緣子芯棒脆斷原因分析[J].電網技術，2003，27(12)：51-53.

[4] 張暢生，王曉剛，黃立虹.500kV惠汕線合成絕緣子芯棒脆斷事故分析[J].電網技術，2002，26(6)：71-73.

[5] DL/T864—2004，標稱電壓高于1000 V交流架空線路用復合絕緣子使用導則[S].北京：中國電力出版社，2004.