一起500 kV大噸位玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷分析

摘 要：通過(guò)機(jī)械破壞試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、實(shí)物解體等方法，對(duì)一起500 kV輸電線路420 kN大噸位玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷進(jìn)行了定量分析，試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥膠合劑裂紋缺陷暫不影響該型大噸位玻璃絕緣子機(jī)械性能，但不能排除在長(zhǎng)期運(yùn)行后，該型號(hào)大噸位玻璃絕緣子的機(jī)械性能發(fā)生變化，需要運(yùn)行人員在以后的運(yùn)維中對(duì)該型號(hào)大噸位玻璃絕緣子進(jìn)行定期檢測(cè)，并定期開(kāi)展抽檢試驗(yàn)，以便及早發(fā)現(xiàn)缺陷發(fā)展情況。

關(guān)鍵詞：玻璃絕緣子;大噸位;水泥裂紋;缺陷試驗(yàn)

0 引言

線路絕緣子作為輸電線路的主要構(gòu)件之一，其作用是支撐導(dǎo)線、防止電流回地以及增加爬電距離，其性能對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。輸電線路上使用的絕緣子主要有三大類(lèi)：盤(pán)形懸式陶瓷絕緣子、盤(pán)形懸式玻璃絕緣子、棒形懸式復(fù)合絕緣子。由于材料化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，三種絕緣子具有不同的電氣與機(jī)械性能，在選用過(guò)程中要充分考慮使用條件及工作要求。因玻璃絕緣子具有零值自爆，便于檢測(cè)，耐電弧、耐振動(dòng)性能好，自潔性能好，不易老化，主電容量大，強(qiáng)度高，尺寸小，重量輕，不可擊穿，熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，特別在抗自然災(zāi)害（雷擊、污閃、冰害及導(dǎo)線舞動(dòng)等）方面具有獨(dú)特的優(yōu)越性和可靠性，已成為高壓、超高壓和特高壓輸電線路的首選產(chǎn)品之一，在耐張塔上幾乎全部使用玻璃絕緣子（少量使用盤(pán)形懸式陶瓷絕緣子）。

目前，掛網(wǎng)運(yùn)行的玻璃絕緣子噸位有70 kN、100 kN、120 kN、160 kN、210 kN、240 kN、300 kN、420 kN、550 kN等，其中420 kN、550 kN屬于大噸位玻璃絕緣子，主要應(yīng)用于500 kV及以上輸電線路。在實(shí)際應(yīng)用中，大噸位玻璃絕緣子在長(zhǎng)期掛網(wǎng)運(yùn)行中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，如玻璃絕緣子水泥膠合劑出現(xiàn)環(huán)狀裂紋及輻射狀裂紋、水泥膠合劑脫落、存在表面氣泡等。

廣州地區(qū)某500 kV輸電線路近年來(lái)發(fā)生多起玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷事故，本文通過(guò)機(jī)械破壞試驗(yàn)、滲透試驗(yàn)、解體等方式，對(duì)該420 kN大噸位玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)措施以及大噸位玻璃絕緣子的運(yùn)維策略。

1 缺陷概況

1.1? ? 缺陷統(tǒng)計(jì)

2015—2016年期間，運(yùn)行人員結(jié)合線路停電檢修工作，對(duì)某回500 kV輸電線路24基桿塔288串共8 340片大噸位420 kN型號(hào)玻璃絕緣子進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)大量玻璃絕緣子存在碗頭內(nèi)側(cè)水泥膠合劑裂紋缺陷，存在缺陷的玻璃絕緣子共2 220片，占所檢查絕緣子總數(shù)的26.6%。

1.2? ? 缺陷特點(diǎn)

該型號(hào)420 kN大噸位玻璃絕緣子于2013年掛網(wǎng)運(yùn)行，投運(yùn)前，運(yùn)行人員對(duì)該批玻璃絕緣子進(jìn)行了外觀檢查，玻璃絕緣子水泥膠合劑等外觀良好。經(jīng)過(guò)2～3年的掛網(wǎng)運(yùn)行后，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該型號(hào)玻璃絕緣子存在水泥膠合劑裂紋缺陷，且缺陷絕緣子數(shù)量呈增多趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)缺陷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和實(shí)際檢查情況進(jìn)行分析，缺陷絕緣子主要存在以下特征：玻璃絕緣子缺陷表征均為鋼帽內(nèi)部水泥膠合劑出現(xiàn)環(huán)狀、輻射狀裂紋，并伴有表面水泥膠合劑脫落情況，當(dāng)缺陷絕緣子承受運(yùn)行荷載時(shí)，其裂縫明顯增大。

2 缺陷試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)該型號(hào)玻璃絕緣子水泥膠合劑裂紋缺陷表征情況，初步判斷玻璃絕緣子淺表層水泥面固化不良，包裹在鋼腳上的水泥漿機(jī)械性能方面表現(xiàn)較脆，干縮收縮率較高，抗溫度循環(huán)和抗震動(dòng)性相對(duì)較低。玻璃絕緣子長(zhǎng)期運(yùn)行后，經(jīng)震動(dòng)和溫度循環(huán)造成龜裂、破皮等現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)水泥膠合劑出現(xiàn)裂紋缺陷，但玻璃絕緣子整體完好，玻璃未出現(xiàn)自爆，未影響到玻璃絕緣子的電氣性能。因此，根據(jù)《標(biāo)稱(chēng)電壓高于1 000 V的架空線路絕緣子第1部分：交流系統(tǒng)用瓷或玻璃絕緣子元件—定義、試驗(yàn)方法和判定準(zhǔn)則》（GB/T 1001.1—2003）制定以下試驗(yàn)測(cè)量方法，檢測(cè)該缺陷玻璃絕緣子的機(jī)械性能情況。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果分析水泥裂紋玻璃絕緣子的機(jī)械性能。

2.1? ? 機(jī)械破壞負(fù)荷試驗(yàn)

選定一組掛網(wǎng)運(yùn)行的同型號(hào)、同批次大噸位水泥膠合劑無(wú)表面裂紋的玻璃絕緣子共10片，額定負(fù)荷420 kN，維持5 s拉伸負(fù)荷后進(jìn)行破壞試驗(yàn)，合格標(biāo)準(zhǔn)為X1-3δ1≥SFL（X1為抽樣試驗(yàn)中的絕緣子機(jī)械破壞負(fù)荷平均值，δ1為抽樣試驗(yàn)中的標(biāo)準(zhǔn)偏差，SFL為絕緣子額定機(jī)械破壞負(fù)荷），試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

抽樣試驗(yàn)結(jié)束，可得數(shù)據(jù)：X1=509.7 kN，δ1=6.93 kN，X1-3δ1=488.91 kN，SFL=420 kN。因此，X1-3δ1≥SFL，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)合格。

2.2? ? 滲透試驗(yàn)

（1）選定一組掛網(wǎng)運(yùn)行水泥膠合劑有裂紋的玻璃絕緣子共5片，50%額定負(fù)荷（210 kN）3 s后，在水泥面倒入品紅染料溶液。其中一組2只放置2 h，解體后觀察染色深度分別為1 cm、0.5 cm;另外一組3只放置20 h后，解體后觀察染色深度分別為1 cm、0.5 cm、1 cm。

（2）選定一組掛網(wǎng)運(yùn)行水泥膠合劑有裂紋的玻璃絕緣子共2片，用品紅染料浸泡在水泥面后，施加30%額定負(fù)荷（140 kN），維持20 min。隨后解體觀察染色深度分別為2 cm、1 cm。

涂品紅染料如圖1所示，滲透試驗(yàn)后染色深度如圖2所示。

2.3? ? 模擬試驗(yàn)

按照掛網(wǎng)有裂紋的玻璃絕緣子工藝，重新制作5片有Y形金屬進(jìn)行插片的玻璃絕緣子（插片深度2 cm），額定負(fù)荷420 kN，維持5 s拉伸負(fù)荷后進(jìn)行破壞試驗(yàn)，結(jié)果如表2所示。

抽樣試驗(yàn)結(jié)束，可得數(shù)據(jù)：X1=507.7 kN，δ1=4.3 kN，X1-3δ1=494.1 kN，SFL=420 kN。因此，X1-3δ1≥SFL，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)合格。

2.4? ? 殘留強(qiáng)度試驗(yàn)

選定一組掛網(wǎng)運(yùn)行的有裂紋的玻璃絕緣子共5片，進(jìn)行殘留機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn)。使用錘子打擊的方法去除玻璃絕緣子的傘盤(pán)，殘留部分應(yīng)不大于鐵帽的最大外沿。制作備好的試品在試驗(yàn)機(jī)上逐個(gè)進(jìn)行拉伸負(fù)荷試驗(yàn)。拉伸負(fù)荷從零迅速而平穩(wěn)地增加到約為額定機(jī)電破壞負(fù)荷的50%，然后以每秒為額定機(jī)電破壞負(fù)荷的1%速率增加，直至破壞玻璃絕緣子，此時(shí)負(fù)荷值為殘留強(qiáng)度。試驗(yàn)后，如果全部試品均為金屬件拉脫，則按下式計(jì)算并進(jìn)行判斷：

Qs=≥0.75

式中，X為殘留機(jī)械破壞負(fù)荷算術(shù)平均值;S為標(biāo)準(zhǔn)偏差;Qs為絕緣子殘留機(jī)械破壞特性的質(zhì)量指數(shù);SFL為絕緣子額定機(jī)械破壞負(fù)荷。

經(jīng)逐個(gè)試驗(yàn)，絕緣子破壞形式均為金屬件破壞，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：X1=512 kN，S=2.74 kN，SFL=420 kN，Qs==1.21。因此，Qs≥0.75，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)合格。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

掛網(wǎng)運(yùn)行3年的玻璃絕緣子，因溫度循環(huán)和長(zhǎng)期震動(dòng)，導(dǎo)致水泥膠合劑出現(xiàn)裂紋缺陷，水泥裂紋深度較淺，通過(guò)各項(xiàng)機(jī)械破壞試驗(yàn)，結(jié)果表明，水泥裂紋暫不影響玻璃絕緣子機(jī)械強(qiáng)度性能。通過(guò)三組滲透試驗(yàn)對(duì)比，在受到拉力、品紅染料浸泡時(shí)間越長(zhǎng)時(shí)，水泥裂紋深度明顯增大，裂紋呈發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)兩組模擬試驗(yàn)對(duì)比，水泥面淺的玻璃絕緣子機(jī)械強(qiáng)度破壞力小于水泥面完整的玻璃絕緣子，水泥膠合劑對(duì)玻璃絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度有一定影響。導(dǎo)致水泥膠合劑裂紋缺陷的主要原因?yàn)榇髧嵨徊ＡЫ^緣子水泥截面大及體積大，制作工藝存在問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)優(yōu)化大噸位絕緣子結(jié)構(gòu)，減少水泥截面，同時(shí)提高制作工藝，充分清除水泥內(nèi)部氣泡。

試驗(yàn)結(jié)果表明，該型號(hào)大噸位玻璃絕緣子出現(xiàn)的水泥裂紋缺陷不影響機(jī)械強(qiáng)度性能，但該缺陷可能會(huì)隨著絕緣子掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間的推移，裂紋繼續(xù)發(fā)展擴(kuò)大。由于目前尚無(wú)大噸位玻璃絕緣子疲勞試驗(yàn)相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，暫無(wú)法進(jìn)行裂縫絕緣子疲勞試驗(yàn)，因此，不能排除在長(zhǎng)期運(yùn)行后，該型號(hào)大噸位玻璃絕緣子的機(jī)械性能發(fā)生變化。需要運(yùn)行人員在以后的運(yùn)維中對(duì)該型號(hào)大噸位玻璃絕緣子進(jìn)行定期檢測(cè)，并定期開(kāi)展抽檢試驗(yàn)，以便及早發(fā)現(xiàn)缺陷發(fā)展情況。

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收稿日期：2019-12-18

作者簡(jiǎn)介：黃興（1988—），男，湖北黃岡人，工程師，研究方向：輸電線路運(yùn)維。