220 kV隔離開關支柱瓷絕緣子斷裂原因及預防

肖輝，孫偉兵，陳仁剛，呂楠

（國網山東省電力公司檢修公司，山東濟南250021）

220 kV隔離開關支柱瓷絕緣子斷裂原因及預防

肖輝，孫偉兵，陳仁剛，呂楠

（國網山東省電力公司檢修公司，山東濟南250021）

針對一起220 kV GW4型隔離開關支柱瓷絕緣子斷裂故障，在支柱絕緣子質量、受外力影響以及日常運維等幾個方面進行分析總結，并結合實際情況，提出相應的預防和反事故措施。

隔離開關；支柱瓷絕緣子；斷裂

0 引言

電瓷是電力工業發展中必不可少的絕緣材料，由于其具有絕緣性能好，機械強度高，耐冷熱驟變性能強，抗老化等優良的性能，在電力行業主要用于斷路器、隔離開關、CT、CVT等高壓電氣設備的絕緣和機械支撐。但近年來由于瓷絕緣子本身質量問題或外力等原因時常出現絕緣子斷裂現象，對電網的安全生產特別是人身安全構成極大威脅，成為電網安全運行的一大隱患［1-3］。支柱瓷絕緣子斷裂事故中涉及隔離開關的占81%［4］，針對一起GW4型隔離開關支柱瓷絕緣子斷裂的實例，分析總結支柱瓷絕緣子斷裂的原因，并結合現場實際情況提出相應的預防性措施。

1 事故經過

2013年5月，某變電站220 kV線路在由線路204開關運行倒旁路母線2140開關運行操作時，2045隔離開關B相支柱瓷絕緣子發生斷裂，線路差動保護動作，迫使該線路非計劃停運。此隔離開關為沈陽高壓開關廠1989年出廠的GW4-220型隔離開關，1990年投入運行，瓷絕緣子為1983年撫順電瓷廠生產的產品。

此隔離開關為雙柱水平旋轉式結構（屬于π型結構），支柱絕緣子每極有上下兩節絕緣支柱，下節固定在軸承座上端的轉動板上，由普通瓷瓶制成，允許接線端水平拉力為1 000 N，上節固定主導電部分，由高強瓷制成的高強度瓷瓶，允許接線端水平拉力為1 500 N。隔離開關配用CJ2-G型電動機操動機構，由操動機構帶動底座轉軸使一側支柱絕緣子旋轉90°，通過交叉連桿帶動另一側支柱絕緣子反向旋轉90°，于是兩閘刀便向一側分開或閉合。

2 事故原因分析

2.1 瓷絕緣子質量問題

支柱瓷絕緣子是高溫燒結成的電瓷產品，屬于脆性材料。根據現場瓷絕緣子斷裂情況，絕緣支柱斷裂的部位發生在法蘭端面，表明該處受力較大且較為薄弱，如圖1所示。

圖1 斷裂瓷瓶的斷面

由圖1中絕緣支柱的斷面上可以看出，部分絕緣支柱為縱向開裂，而且材質粗糙，存在雜質，為瓷瓶燒制過程中的質量問題造成。從加工工藝上分析，絕緣支柱和法蘭的水泥膠裝不良，有細微的間隙和空洞，或膠裝深度過淺，都會使隔離開關在操作時，使該處受力不均勻。另外由于法蘭、水泥和瓷的膨脹系數不同，在不同溫度運行狀態下收縮量也不相同，由此產生的累積應力也可使絕緣支柱在法蘭處斷裂。

2.2 附加扭矩影響

GW4型隔離開關每相有兩個絕緣支柱，可以水平旋轉，轉角為90°，左、右觸頭通過導電管在兩個支柱中間接觸，隔離開關的絕緣支柱，承擔著支持和傳動的作用。在運行過程中，導線拉力和合閘時的阻力共同作用于絕緣支柱，產生附加扭矩，作用時間越長越會加重絕緣子的疲勞和老化程度。

如果隔離開關安裝調試不當，會在操作時受到不應有的附加應力，例如左、右觸頭調整高、低位置不一致，或調整好的隔離開關在運行一段時間后受外力影響，左、右觸頭位置發生變化，在操作時就會發生左、右觸頭相抗使開關不能合閘到位，而機構在電機的作用下繼續運動，絕緣支柱受到附加扭矩影響，造成瓷瓶斷裂。

由于隔離開關露天運行，GW4型隔離開關所有的金屬件都暴露在大氣中，加上近年來大氣污染嚴重，受酸雨的嚴重腐蝕，如果金屬件表面防腐措施不足，則會造成金屬部分氧化生銹，如圖2所示，導致傳動部分與旋轉瓷絕緣子底部法蘭開焊，從而使得支柱瓷絕緣子受附加扭矩作用時固定支撐力降低，絕緣子發生傾斜而發生斷裂。

圖2 銹蝕嚴重的開關

2.3 運維工作不力

支柱瓷瓶在檢修維護中的不合理受力和運行人員操作不當也是造成斷裂的重要原因。

檢修時隔離開關受外力過大。為防止瓷絕緣子表面因受灰塵及冰雪等因素影響造成污閃事故的發生，在到達一定年限后都要對瓷絕緣子設備進行清洗、擦拭、涂刷RTV工作，而大多數情況下，在進行此項工作時都是由工作人員身系安全帶，側吊在設備上進行，導致這些支柱瓷絕緣子不可避免地受到彎曲力的作用，而且隨著工作人員用力及側吊角度的變化，致使支柱受力不均，易產生傷痕、形成裂紋，久而久之則會導致絕緣子斷裂。

運行人員操作不當。當遇到機構卡澀時，操作人員有時未采取相應措施，強行操作，由于傳動、轉動各環節的間隙內缺少潤滑油或干枯、銹蝕，使靜摩擦力很大，操作時會產生很大的沖擊力，勢必造成瓷絕緣子的斷裂。

3 預防及反事故措施

加強支柱瓷絕緣子的選型及驗收工作。瓷質支柱絕緣子優先選用等靜壓干法成型工藝制造的鋁質高強瓷產品，新設備驗收時，應重點檢查法蘭和瓷件的膠裝外部是否進行可靠密封處理，是否涂防水硅橡膠，瓷絕緣子表面是否光滑且完好無損。

避免支柱絕緣子受外力因素的影響。檢查一次引線對隔離開關支柱絕緣子的拉力情況，在基建投運前或大修技改后應考慮一次引下線的尺寸長短對隔離開關的影響，一次引下線過長或過短都會增加絕緣支柱的拉力，設備大修后應打開線夾檢查引線對隔離接線板的拉力情況。另外，開關調試時應重點進行觸頭高度一致、行程及插入深度合適、三相同步等調試工作，這些問題處理不好將使隔離開關在操作時瓷絕緣子附加扭矩增加，增大絕緣子斷裂的概率。

規范設備運維工作。在平時運行維護過程中要及時清除隔離開關絕緣表面塵垢，仔細檢查絕緣子表面有無破損、裂紋、絕緣支柱和法蘭的水泥膠裝連接處有無松動。設備檢修時，嚴禁檢修人員把絕緣支柱作為攀登工具和安全帶支撐受力點，禁止將絕緣體直接搭在絕緣支柱上，檢修開關應有專用的檢修平臺或高空作業車，檢修時應對金屬部分進行除銹防腐處理，并檢查傳動部分能否靈活動作，作為定期檢修項目進行潤滑油添加。

開展絕緣子帶電探傷工作。超聲波探傷技術作為一種預防性試驗，能有效檢測出瓷絕緣表面的裂紋、夾層等缺陷，但是進行超聲波探傷時需要停電和登高作業，對檢測人員經驗要求較高，存在誤判現象，效率低、成本高，難以滿足現場工作的要求。基于振動聲學檢測原理的支柱瓷絕緣子帶電檢測技術已日臻成熟，能有效檢測出絕緣子內部缺陷，具有可帶電檢測、操作簡單、安全可靠等優點。利用振動法開展絕緣子帶電探傷工作，在提高檢測效率的同時，可以避免檢測人員高空作業，從根本上杜絕了高空墜落事故的發生，是目前支柱瓷絕緣子帶電檢測工作的發展趨勢。

4 結語

結合一起220 kV GW4型隔離開關在運行中支柱瓷絕緣子發生斷裂的實例，在設備質量、安裝調試、運行中所受外力影響以及日常運維等方面對支柱瓷絕緣子發生斷裂的原因進行分析，并得出了絕緣子斷裂是由于膠裝不良、受外部附加扭矩過大以及運維工作不力等原因造成的結論，并針對上述原因，提出了相應的預防和反事故措施，對增強瓷絕緣設備運行可靠性，提高運維人員專業化水平具有一定的參考意義。

［1］宿志一，車文俊.電網運行中絕緣子的損壞原因及檢測［J］.電力設備，2005，6（3）：10-13.

［2］關志成.絕緣子及輸變電設備外絕緣［M］.北京：清華大學出版社，2006.

［3］雍軍.淺析山東電網高壓支柱瓷絕緣子斷裂原因［J］.高電壓技術，2005，3（3）：90-91.

［4］國家電力公司發輸電運營部.高壓支柱瓷絕緣子事故調查分析及預防措施［J］.電力設備，2002，3（4）：32-37.

Reason and Prevention of Post Porcelain Insulator Rupture of 220 kV Disconnecting Switches

In response to a post porcelain insulator rupture fault of 220 kV GW4 disconnecting switch，the reasons are summarized from aspects of the post insulator quality，the influence of external force，daily operations and maintenance. Combined with the actual situation，the appropriate preventive and anti-accident measures are given.

disconnecting switch；post porcelain insulator；rupture

TM216

：B

：1007－9904（2014）05－0049－03

2014-06-08

肖輝（1975—），男，工程師，從事變電檢修工作；

孫偉兵（1988—），男，工程師，從事變電檢修工作；

陳仁剛（1985—），男，工程師，從事高壓電氣設備檢修工作。