330 kV變電站懸式瓷絕緣子失效原因分析

高 健，苗 興，李 軍

(國網甘肅省電力公司電力科學研究院，甘肅 蘭州 730070)

0 概況

2015-09-08T08：35，某330 kV變電站Ⅱ母線擴建延長部分(第5串)與原母線門型架(相鄰第4串)連接處新安裝的懸式絕緣子串A相炸裂，A相母線下垂，僅依靠跳、引線固定，A相母線與絕緣子掛點處存有肉眼可見放電痕跡。圖1為該絕緣子炸裂后的鋼帽和瓷片。

該變電站Ⅱ母線擴建延長部分于2014-09-23投運，其懸式瓷絕緣子供貨商為國內某電瓷公司(以下簡稱甲公司)，型號為XXX-160，為防污瓷質絕緣子；鋼帽型號為24016R-1，商標為XXX-160KN，23片連接。

為了排除事故隱患，對全站瓷絕緣子進行了紫外成像檢測，然后對其中1串存在電暈放電的絕緣子進行逐片絕緣電阻測量，最后對零值片和正常片開展對比試驗和檢測，進而找出了該串瓷絕緣子失效的原因。

1 紫外成像在線檢測

常規絕緣子檢測方法分為帶電檢測和停電檢測2種。紫外成像檢測是一種非接觸式帶電檢測方法，可以對高壓電氣設備表面的電暈放電實施直觀地檢測。為保證檢測結果的準確性，分別從出線側和主變側2個方位對該站懸式瓷絕緣子進行了紫外成像檢測，范圍包括由甲公司供貨的24串和其他公司供貨的39串瓷絕緣子。檢測結果發現：甲公司供貨的瓷絕緣子有8串存在不同程度放電，其中2串持續放電、6串間歇放電；而其他廠家供貨的瓷絕緣子未發現放電現象。放電檢測結果如表1所示。

圖1 炸裂絕緣子鋼帽及瓷片

表1 紫外成像檢測結果

由紫外成像檢測結果可知，甲公司供貨的瓷絕緣子多串出現放電現象，其放電率達到33．3 %，而其他公司供貨的絕緣子均未發現問題。因此，可以斷定甲公司供貨的瓷絕緣子存在家族性缺陷。

2 絕緣電阻檢測

DL/T741—2010《架空輸電線路運行規程》規定，運行中的瓷質絕緣子絕緣電阻不得小于300 MΩ。對甲公司供貨的第5間隔東側龍門架A相懸式瓷絕緣子逐片進行了絕緣電阻檢測，測得低、零值絕緣子17片，合格6片，檢測結果如表2所示。

表2 絕緣電阻檢測結果 MΩ

由表2可知，該串瓷絕緣子低、零值絕緣子片數量多于合格絕緣子片，且合格絕緣子片間隔分布于整串絕緣子。每種材料的電阻是其固有的物理屬性，而上述絕緣子片的電阻值分布在0—10 000 MΩ，說明該串瓷絕緣子制造質量參差不齊。

3 解剖檢測試驗

為進一步分析其失效原因，對更換下來的懸式瓷絕緣子解剖取樣，進行檢測試驗。樣品為上述第5間隔東側龍門架A相懸式瓷絕緣子的第4片(正常絕緣子片)和第3片(零值絕緣子片)各1只。檢測項目為瓷體電阻測量、聲速測定和超聲波探傷、硬度測量等。

3.1 試樣制備

首先采用角向砂輪機切開瓷絕緣子鋼帽頂部，沿膠裝水泥與瓷體結合面取下鋼帽上半部，再對影響切割的瓷絕緣子傘裙部分進行切除，然后沿縱向破開鋼帽下半部，使其與瓷體脫離，最后將絕緣子瓷體及其內部膠裝水泥沿縱向切開，使瓷絕緣子整個縱切面暴露。切割后的試樣形貌如圖2所示。

圖2 切割后試樣形貌

3.2 絕緣子瓷體電阻測量

為找出絕緣子瓷體絕緣薄弱點位置，采用KYORITSU3125型兆歐表對2個樣品瓷體各部位絕緣電阻進行測試。測試發現，正常絕緣子片瓷體各部位檢測點間電阻均為無窮大或在數百GΩ數量級，整個瓷體絕緣性能較好且較均勻；而零值絕緣子片瓷體部分區域電阻明顯下降，最小值位于鋼帽內部瓷體頂端球形區域，僅為3．2 MΩ。此區域瓷體外部未掛釉，內表面釉色呈黃褐色，與其他部位的灰白色釉質存在差異，并且在測試過程中試筆接觸點可見明顯的打火放電現象，其他部位電阻值基本正常(數百GΩ以上)。

測量結果說明，該串瓷絕緣子部分絕緣子片的某些部位在制造過程中存在質量偏差，其絕緣性能遠遠低于正常絕緣子片。

3.3 絕緣子聲速測量及超聲波檢測

為測定2只絕緣子的聲速差別，采用游標卡尺對絕緣子瓷體鋼帽內球形部分頂端平整區域瓷體厚度進行了測量，并根據厚度測量值采用超聲波測厚對該區域瓷體聲速進行了測量，同時對測量區域瓷體內部有無宏觀缺陷也進行了超聲波探傷檢測，結果如表3所示。

檢測結果表明，零值絕緣子鋼帽內瓷體球形部分頂端厚度大于正常絕緣子，而瓷體聲速明顯小于正常絕緣子，說明零值絕緣子瓷質彈性模量較低，2者的微觀組織應具有明顯差異。超聲波檢測結果表明2個樣品檢測區域均未發現宏觀缺陷。

3.4 硬度測量

對上述2個絕緣子樣品鋼帽內瓷體球形部分頂端采用里氏硬度計進行測量，結果如表4所示。

表3 聲速測量及超聲波檢測結果

表4 瓷體里氏硬度測量結果 HL

測量結果表明：正常絕緣子硬度明顯高于零值絕緣子；而對于同一絕緣子來說，傘裙部位的硬度又明顯高于鋼帽內瓷體球形頂端部位硬度。在硬度測試過程中，可明顯聽出2只絕緣子在受到探頭敲擊時發出的聲響存在差異，其中正常絕緣子發出的聲音較零值絕緣子更為清脆。

4 綜合分析

從以上各項試驗結果來看，引起該站懸式瓷絕緣子失效的直接原因是存在零值絕緣子，而形成零值絕緣子的主要原因是絕緣子鋼帽部分內部瓷體的瓷質不良，其組織結構與正常絕緣子存在較大差異。具體表現在電阻偏低、聲速偏小、硬度值偏小，因而整串絕緣子的絕緣性能較正常絕緣子存在很大差異。根據紫外成像檢測和解剖試驗檢測結果，可以判定：甲公司在生產瓷絕緣子時，存在制造工藝控制不嚴的情況，從而引起該批絕緣子性能不良、產品不良率較高，而且在該批瓷絕緣子出廠時，甲公司未嚴格按照標準要求進行絕緣電阻測試。

5 結論

（1）對于懸式瓷絕緣子，絕緣電阻測試是一種簡單高效的絕緣性能判定方法，不論在出廠檢驗或者到貨驗收時，都應該嚴格按照標準進行此項測試。

(2) 紫外成像技術作為一種帶電檢測方法，可通過瓷絕緣子表面的電暈放電的圖像檢測，達到確定絕緣子電暈的強度和具體部位的目的，從而為絕緣子運行情況提供可靠的依據。

(3) 根據解剖試驗檢測中聲速測定和硬度測量結果，可以初步判斷瓷絕緣子絕緣電阻值和聲速、硬度之間存在某種對應關系，這種關系可用于瓷絕緣子絕緣性能的深入研究。

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