某光伏站110 kV 出線絕緣子整串多次炸裂的原因分析

李占龍

（中國三峽新能源（集團）股份有限公司， 河北 張家口 075000）

引言

線路高壓瓷質絕緣子由于具有良好的電氣、機械、耐電弧、抗污閃、化學穩定及抗老化性能等優點，在高壓、超高壓以及特高壓輸電線路中得到廣泛的應用。線路高壓瓷質絕緣子常年處在空氣中，受大氣環境多種因素的影響，長時間運行或者受力較大情況下，會產生低值、零值絕緣子，因此在設計中對受力較大的耐張絕緣子串中人為增加1 至2 片的絕緣子片，來抵消常年運行產生的零值絕緣子。

1 線路的基本情況

線路為單分裂導線，雙地線，全長19.61 km，其中架空線路長18.98 km，電纜線路長0.63 km，地形為100%丘陵，海拔高度1 500 m，線路不換位，終端塔調相。導線型號：JL/GIA-240/30 鋼芯鋁絞線，電力電纜：ZR-YJLW02-64/110kV-1×400 mm，地線：OPGW-13-100-2。共62 基塔，直線塔44 基，耐張塔18 基，利舊終端塔1 基。導線絕緣子采用型號：U70BP/146D，懸垂串采用8 片絕緣瓷瓶，耐張串和跳線串采用9 片絕緣瓷瓶，其安全系數如表1 所示。

表1 線路絕緣子安全系數

2 故障情況

2021年08月13日01 時23 分，該110 kV 線路差動保護動作，判別B 相故障，為B 相單相接地故障，故障后線路重合閘成功。故障時天氣晴，無風。巡視線路發現1 號耐張塔下散落很多破碎的絕緣瓷瓶和鋼帽，1 號耐張塔B 相雙聯絕緣子串一聯絕緣瓷瓶炸裂，掉落絕緣子砸壞了下方的C 相部分絕緣瓷瓶。

2021年10月27日12 時12 分，該110 kV 線路差動保護動作，判別A 相故障，為A 相單相接地故障，故障后線路重合閘成功。故障時天氣大霧，無風。巡視線路發現14 號耐張塔下散落很多破碎的絕緣瓷瓶和鋼帽，14 號耐張塔A 相雙聯絕緣子串一聯絕緣瓷瓶炸裂，將跳線懸垂串的部分瓷瓶砸壞。

2021年11月05日13 時14 分，該110 kV 線路差動保護動作，判別A 相故障，為A 相單相接地故障，故障后線路重合閘成功。故障時天氣晴，無風。巡視線路發現25 號耐張塔下散落很多破碎的絕緣瓷瓶和鋼帽，25 號耐張塔A 相雙聯絕緣子串一聯絕緣瓷瓶炸裂，如圖1 和圖2 所示。

三次故障發生均為耐張絕緣子串炸裂導致線路單相接地，絕緣子串炸裂脫落后線路重合閘成功。三次故障現象和類型相似故合在一起分析原因。

3 故障分析

高壓瓷質絕緣子的種類很多，但其基本結構類似，主要是區別在于瓷件上，有鐘罩型、雙傘型等[1]，本線路采用的是最常見的雙傘型結構瓷質絕緣子，結構圖如圖3 所示，其參數如表2 所示。

表2 雙傘型絕緣子參數

同普通的瓷質絕緣子相比，雙傘型結構瓷質絕緣子具有爬電距離大、自然積污率低、防污性能好的優點。瓷質絕緣子各部件的膨脹系數是不同的，瓷件的膨脹熱膨脹系數4×10-6/℃，水泥的熱膨脹系數10×10-6/℃，金屬的熱膨脹系數12×10-6/℃[2]。瓷質絕緣子長期受機電負荷和不同的環境溫度，這些材料緊密粘連，各自不可以自由膨脹，會產生內部和疲勞效應，將會導致絕緣子強度、機械強度下降加速絕緣子老化。根據CIGRE 的統計，瓷絕緣子的整體失效率在0.01%以下，我國電力部門統計資料顯示，失效率為0.05%～0.66%。

對更換下的一聯絕緣瓷瓶用5 000 V 絕緣搖表測單片的絕緣值的R60，如表3 所示。

表3 替換下的絕緣瓷瓶絕緣值 MΩ

據《劣化懸式絕緣子檢測規程》DLT626-2015 對低（零）值絕緣子的規定[3]：500 kV 及以上電壓等級運行的絕緣子的絕緣電阻低于500 MΩ，330 kV 及以下電壓等級運行的絕緣子的絕緣電阻低于300 MΩ 為低（零）值絕緣子。110 kV 運行同聯絕緣子累計達到3 片，需整串更換。

通過絕緣子試驗，可判定故障的直接原因為故障前已存在多片低值（零）絕緣子，有大電流通過是引起劣化絕緣子發生炸裂的根本原因。當低（零）值絕緣子在濕度較大情況下，也可能為鋼帽內置膠合水泥長期慢性吸濕達到一定的飽和，低零值絕緣子串承受工頻過電壓而發生工頻閃絡或者遭受雷擊時形成擊穿電壓。此時劣質絕緣子內部流過大電流，造成絕緣子被擊穿，電流流過絕緣子內部擊穿通道中的水分，同時產生高溫，熱效應引起不同熱膨脹系數的鋼帽及內置水泥和嵌入部分傘裙被加熱并出現不同程度膨脹。同時當水泥到一定溫度時水泥的剪切強會快速降低，引起傘裙和鋼帽炸裂，按正常情況情況，如果沒有外部誘因，出現整聯絕緣子瓷瓶及鋼帽同時炸列可能性很小。外部誘因可能為較大的沖擊過電壓，故障時沒有雷電活動可以排除是雷電過電壓導致的絕緣子串內部擊穿。出現絕緣瓷瓶炸裂的三基塔均為耐張塔，可能耐張絕緣子長期承受較大的耐張力是產生低零值絕緣子串的一個主要誘因。

當任一片絕緣子鋼帽出現炸裂時都會發生絕緣子串脫落現象，都應該殘留有一部分傘裙未炸裂，從現場整串絕緣子瓷裙全部炸裂來看有可能為該串絕緣子中出現一定數量的低（零）值后，這些低（零）值絕緣子傘裙先出現炸裂，導致泄漏爬距大幅減小，引起其它絕緣子傘裙炸裂，形成骨牌效應，當泄漏爬距減小到一定極限后，部分鋼帽及殘留的瓷相同時出現炸裂，引起線路單相接地跳閘[4]。

4 出現上述現象的原因

1）該線路所在地區為三級舞動區，可能耐張段內耐張絕緣子所受的力太大，容易產生低（零）值絕緣子。

2）該批次絕緣子存在質量問題，從目前發生故障處均為耐張絕緣子判斷, 如果是絕緣子存在批次質量問題，首先出現問題的應該是懸垂絕緣子串，因為懸垂串比耐張串少一片絕緣子，可以經過測量懸垂絕緣子低（零）值來驗證此種可能性。

5 處理及預防措施

1）驗算耐張絕緣子的受力情況，如果受力超過規定值，建議更換抗拉強度高一級的絕緣子串和連接金具。

2）按照規程要求測量全線絕緣子的低（零）值情況，對存在問題的絕緣子進行更換。

3）可以跟換為鋼化玻璃絕緣子。此種絕緣子具有零值自破、免于測零、自潔性能好、不易老化等優點。

4）對絕緣子進行在線監測，動態掌握絕緣子的運行狀態，提高線路安全運行水平。

5）據《DL/T 741—2010 架空輸電線路運行規程》規定[5]盤型絕緣子絕緣測試周期為220 kV 及以下為10 A、330 kV 及以上為6 A，對位于多雷區及污染嚴重區段的絕緣子必須差異化制定檢測及清掃周期，及早發現和防范劣化絕緣子，防止發生因劣化絕緣子炸裂引發的線路跳閘乃至掉串事故。

6）施工階段絕緣子安裝時，按照《GB50150—2016電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》規定的試驗方法，用絕緣搖表對同批次產品數量進行10%絕緣電阻抽查，對同一批量中的不合格率不應大于0.02%。