管母支柱絕緣子斷裂原因及措施

何連輝 楊紹昆 張耀琪 唐洪斌 王立

摘要：管母支柱絕緣子往往需要面對極為復雜的運行環境，因此經常會由于各種因素而出現斷裂等運行故障。及時排查并了解設備故障原由，對于確保電力系統安全可靠運行等多個方面具有重要意義。本文就多起管母支柱絕緣子故障進行分析，從而探討管母支柱絕緣子斷裂的主要原因，并提出相關解決措施。

關鍵詞：絕緣子;斷裂;管型母線

引言

瓷支柱絕緣子是變電站的重要設備之一，在隔離開關、軟導線以及管型母線等的機械支撐與電氣絕緣等方面起著非常關鍵的作用。運行期間瓷支柱絕緣子可能會存在傾斜以及斷裂等情況，繼而會增加變電站、輸電線路部分或者全部的斷電情況，嚴重的甚至可能造成生命、財產等重大損失。故而保證瓷支柱絕緣子運行可靠性，及時發現并處理問題至關重要。

1.事故分析

某變電站M曾發生一起II母失壓故障，現場查看初步判斷為管型母線所使用的瓷支柱絕緣子斷裂所致，C相管母發生傾斜并和龍門架接觸，致使II母差動保護動作跳開全部的進出線開關，如下左圖所示。此外，又有一變電站N其220kV的I母線路A相東側瓷支柱絕緣子在強烈的風力作用下發生折斷，自東向西六根支柱絕緣子均全部斷裂，第七根也發生一定的形變。導致I母A相跌落接地，I母差動保護及時響應動作，I段母線瞬間施壓，實際情況如下右圖所示。事故發生期間正是大風天氣，當地風力達到十級左右，經過測算風速在27m/s。

2.事故原因分析

類似上述案例近些年發生不在少數，此次就大量相關案例閱讀學習，從而將目前常見的管母支柱絕緣子斷裂原因進行總結，主要分為內因以及外因兩個部分。一方面是由于熱脹冷縮的原理以及外界大風天氣等的強作用力從而使得支柱絕緣子的下端法蘭過度疲勞受力，繼而導致裂縫的加速形成;另一方面則是由于水泥澆裝缺陷造成初始裂縫存在。

以水泥澆裝不嚴實而導致的裂紋為例，瓷質或多或少存在孔隙，因此機械強度并不高，可能會造成底部的法蘭水泥澆裝由于孔隙以及澆裝脫落問題。因為水泥澆裝存在較大的裂隙，密封性可想而知，雨水以及水汽相對更容易侵入內部，從而進一步加劇水泥老化以及鐵件銹蝕。位于水泥中的氧化鎂等具有一定的水合作用，吸水后會進一步加劇水泥膠狀劑的膨脹，并進一步導致水泥腐蝕與風化開裂。鑄鐵法蘭腐蝕體積也會進一步增加。由于水泥、瓷件以及法蘭鑄鐵的膨脹系數存在一定的差異，從而造成收縮以及膨脹體積具有較大的差異，法蘭澆合區域應力進一步增加，且不同位置所承受的應力也會不同，冬夏交替、晝夜往復，最終使得水泥澆裝逐漸掉落，后由于疲勞損傷等在其表面形成大量的微裂紋情況。為了判定瓷支柱絕緣子的瓷質特性，可以使用孔隙性試驗驗證，基于孔隙性試驗的全部試品均存在滲透情況時，則可以判定當前斷裂的瓷支柱絕緣子已經發生老化情況，機械性能也大大降低。

其次，固定金具型號不匹配以及固定方式不合理致使底部的法蘭受力過于集中。基于規范DL/T697-1999《硬母線固定金具》相關規定實施之前，大多數變電站固定金具均為傳統的老式式樣，管型母線的松緊配合幾乎是用螺栓松緊來控制，缺少相關標注規范，這也使得管母的固定形式十分多樣。而在DL/T697-1999《硬母線固定金具》徹底落實后，有關要求選擇MGG型固定金具，該金具利用調節安裝的方式，使得松固定的金具內徑和母外徑始終處于2毫米左右的間隙，確保每段管型母線設置一個固定的死點，從而保證母管能夠可靠的固定于金具內并自由滑動。如若未充分意識到MGG型金具的安裝形式，則可能導致固定金具和管母之間抱死，從而造成管母存在多點固定情況。中間松、兩側緊是目前較為常見的錯誤安裝形式。實際如若固定金具的型號應用不合理或者安裝方式等存在一定的偏差，則可能會由于熱脹冷縮等情況下管母無法在固定的金具中自由的滑動，此外，伸縮節也會無法達到較好的緩沖效果。瓷支柱絕緣子根部就會沿管母方向受較大的彎曲作用力，該彎矩長期影響底部法蘭，最終導致底部法蘭由于過勞受力而損壞。

最后，抗彎強度不足以抵抗外力作用導致瓷支柱絕緣子斷裂。依據相關規定，瓷支柱絕緣子的設計強度應滿足母線短路電動力以及風速在15米/秒情況下的風力荷載。但如若存在惡劣的天氣環境時，例如上述案例中，變電站的風力達到了27m/s時，則相關規定勢必不滿足要求，此時如若設計階段未有充分考量管母固定形式是否正確而造成下側法蘭遭受管母方向作用力則有可能導致斷裂。

3.應對策略分析

第一，提升絕緣子抗拉強度標準并對管母的固定金具型號進行合理選擇。瓷支柱絕緣子抗彎強度設計過程中，應當充分考慮支柱絕緣子運行最為復雜的情況，在管母所遭受短路電動力的前提下，有效結合大風載荷以及熱脹冷縮等的多方面影響，選擇抗彎強度以及抗扭強度較為合適的絕緣子。在固定用金具的選擇上則可以有MGG、MGGH等多種型號，從而確保管母可以在固定金具中實現靈活的自由的滑動，避免熱脹冷縮等導致固定金具中管母滑動遲滯，確保伸縮節可以達到較好的緩沖效果。

第二，嚴格把控設備質量。為確保絕緣子性能穩定且滿足要求，應當盡可能的選用質量較好的廠家產品，首先高強瓷產品，制造工藝應當以靜壓成型法為主，有效規避絕緣子潛在問題。此外，在產品出廠過程中應當加強驗收，嚴格按照GB/T8287.8-2008《標稱電壓高于1000V系統戶內和戶外支柱絕緣子 第2部分：尺寸與特性》以及QGDW407-2010《高壓支柱瓷絕緣子現場監測導側》標準固定，重點關注絕緣子抗彎強度、底部法蘭澆裝等位置。

第三，對管母固定方式進行明確規定。尤其是新建的支柱管母變電站，相關管母的固定形式務必嚴格依據GB50149-2010《電氣裝置安裝工程 母線裝置施工及驗收規范》的相關內容決定，確保母線在瓷支柱絕緣子上的固定位置，每一段應當確定一個，并最好處于整個或者兩母線收縮節的中間點位置，從而使得管母可以在固定的金具中實現自由的滑動，伸縮節可以達到較為穩定的緩沖效果。基建驗收期間，應當注重固定金具的規格型號，確保選擇匹配的金具。

第四，應當加強日常運維管理工作。日常工作期間應當重視對絕緣子的排查，充分利用外觀檢測以及超聲探傷等方式，密切關注管母與支柱絕緣子的運行工況，如若發現存在傾斜或者裂隙等情況應當立即采取措施進行處理。在氣候惡劣的情況下，例如大風雨雪天氣，則應當進一步加強對管母表面卡澀以及劃痕情況的排查，一旦發現管母滑動存在一定的阻塞情況，應當及時進行檢修處理。對于母線存在嚴重形變的情況，為了確保管母滑動可靠良好，應當進行必要的母線調直或更換管型母線等維護檢修。

4.結束語

實際可能導致管母用瓷支柱絕緣子斷裂的情況有許多，例如抗彎強度不夠以及外力作用導致瓷支柱絕緣子斷裂、固定金具選型不合適或者管母的固定形式存在錯誤、水泥澆裝不嚴存在裂隙，瓷質存在孔隙導致機械強度不夠等等，對于一系列可能導致其斷裂的隱患，應當就絕緣子的設計選型、出廠產品質量檢驗以及現場安裝和后期維護保養等多個角度進行處理，全面提升對其的保護力度，避免瓷支柱絕緣子運行故障的發生。

參考文獻

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