架空輸電線路復合絕緣子掉串原因分析及對策

1、架空輸電線路復合絕緣子掉串原因分析及對策第32卷第3期2009年6月四川電力技術SichuanElectricPowerTechnologyV01.32.No.3Jun.,2009架空輸電線路復合絕緣子掉串原因分析及對策李龍江(四川省電力公司,四川成都610041)摘要:文章收集了四川省電力公司范圍內(nèi)掛網(wǎng)運行復合絕緣子重要掉串事件,對芯棒脆斷機理進行了深入分析,提出了早期復合絕緣子由于結(jié)構缺陷導致芯棒滲水酸化脆斷的結(jié)論.并對目前四川復合絕緣子運行中存在的問題進行了分析,對今后如何做好復合絕緣子運行工作提出了建議和意見.關鍵詞:輸電線路;復合絕緣子;掉串;分析;對策Abstract:,I'

2、;heimportantaffairsofcompositeinsulatorstringdroppinginSichuanElectricPowerCorporation(SPEC)alede-scribed,themechanismofbrittlefractureofinsulatorrodisanalyzed,andtheconclusionisproposedthattheacidificationandbrittlefractureoftheearlycompositeinsulatorrodarecausedbywaterpenetrationduetostructuraldef

3、ects.Furthermore,theproblemsexistinginthecompositeinsulatorsthatareinoperationpresentlyinSPECaleanalyzed,andtheadvicesandsugges-tionsareproposedforthecompositeinsulatorinthefuturework.Keywords:transmissionline;compositeinsulator;insulatorstringdropping;analysis;countermeasure中圖分類號:TM216文獻標識碼:B文章編號:1

4、0036954(2009)03-007903四川電網(wǎng)從2O世紀80年代以來開始在網(wǎng)內(nèi)使用復合絕緣子,目前仍然掛網(wǎng)運行的主要是20世紀90年代末以來的產(chǎn)品,由于早期復合絕緣子的生產(chǎn)工藝相對較為落后,再加上運行時間長,復合絕緣子掉串情況近年呈增多的趨勢,220kV及以上輸電線路復合絕緣子掉串2005年發(fā)生一起,2007年發(fā)生了兩起,2008年發(fā)生一起.復合絕緣子在網(wǎng)內(nèi)使用量較大,且部分運行時間較長,并缺乏有效的檢測手段,絕緣子運行情況很難真實反映,復合絕緣子的掉串很難預防,為了加強復合絕緣子運行維護,充分認識復合絕緣子掉串原因,解決早期復合絕緣子的掉串問題,特對四川省近年來的幾起掉串情況進行分析,

5、并結(jié)合了國內(nèi)相應事故睛況,查找事故原因,尋找對策,現(xiàn)將分析如下.1復合絕緣子使用情況四川電網(wǎng)從20世紀80年代末開始在輸電線路上使用復合絕緣子,最初是在重污穢地區(qū)使用,后來由于復合絕緣子優(yōu)異的性能而在各種污穢等級的地區(qū)廣泛的使用.到目前為止四川電網(wǎng)復合絕緣子使用在從110kV到500kV各電壓等級的線路上,其中以110kV和220kV線路為主,500kV線路由于四川電網(wǎng)本身發(fā)展較晚,線路長度相比110kV和220kV線路也較短,復合絕緣子使用數(shù)量相對較少,主要在這幾年才開始逐漸在500kV線路上使用.四川電網(wǎng)l10kV到500kV線路使用復合絕緣子數(shù)量情況及相應生產(chǎn)廠家見表1.表1四川電網(wǎng)11

6、0500kV線路使用復合絕緣子情況表目前掛網(wǎng)在運的復合絕緣子,最早的是1996年東莞高能生產(chǎn)的110kV絕緣子,1997,1998,1999年產(chǎn)的復合絕緣子大量在電網(wǎng)上使用,共計有8570支,其中110kV有6063支,220kV有2015支,500kV有492支.2復合絕緣子掉串事件2.1220kV東平二線2005年掉串事件2005年9月14日11時左右,220kV東平二線18號耐張塔A相小號側(cè)一支合成絕緣子發(fā)生了斷裂故障.斷裂點為帶電側(cè)碗頭后靠近"均壓環(huán)安裝點"的位置.2.2220kV長代東2007年掉串2007年10月16日O0:24,220kV長代東134號塔中相耐

7、張串復合絕緣子靠近導線側(cè)芯棒斷裂,導線?79?第32卷第3期2009年6月四川電力技術SichuanElectricPowerTechnologyV01.32.No.3Jun.,2009由引流支撐管連接,引流線對塔身距離不夠放電,線路跳閘,重合不成功.鐵塔塔頭有變形,線路停運近40小時.2.3220kV黃孜線2007年掉串2007年9月26Et,發(fā)現(xiàn)220kV黃孜線53號塔大號側(cè)中相一串復合絕緣子靠近導線側(cè)芯棒斷裂,9月27日對53號塔絕緣子全部進行了停電更換.2.4500kV普洪二線2008年掉串2008年8月9日,發(fā)現(xiàn)500kV普洪二線402號塔B相左串復合絕緣子靠近導線側(cè)芯棒斷裂,導線側(cè)

8、端頭金具與芯棒結(jié)合處內(nèi)部有銹蝕.2.5500kV邯藺III線,神侯I線掉串2006年3月16日邯藺III線復合絕緣子掉串,2006年6月23Et神侯I線復合絕緣子掉串.3復合絕緣子斷裂原因分析3.1芯棒脆斷面形成的機理復合絕緣子芯棒采用環(huán)氧樹脂玻璃纖維擠拉成型,玻璃纖維外表面被環(huán)氧樹脂粘合著,其中承受負荷的是玻璃纖維,其拉伸強度超過600MPa.雨水和潮氣在高壓電場下極易形成酸性液體,如果復合絕緣子端部密封不良或外護套破壞,酸液就會沿著護套和芯棒界面滲入芯棒內(nèi)部,從而導致環(huán)氧樹脂溶脹,直至開裂解體.隨著環(huán)氧樹脂基體的破壞,酸和水介質(zhì)浸蝕環(huán)氧樹脂與玻璃纖維粘接面,造成粘接面剝離,使酸和水介質(zhì)直接

9、觸及玻璃纖維表面,與玻璃纖維中的CaO及MgO等堿性氧化物接觸,這些堿性氧化物與酸液反應,使得堿性氧化物溶解,在玻璃纖維的晶格中形成高應力區(qū),導致微裂紋和玻璃纖維機械性能的下降直至斷裂.隨著時間的推移,這些酸性液體在電場作用下繼續(xù)橫向緩慢腐蝕周圍的環(huán)氧樹脂和玻璃纖維,逐漸形成完全喪失機械性能的平整脆斷面.脆斷面不斷擴大,芯棒有效面積不斷縮小,當脆斷面發(fā)展到相當比例時,余下的部分承受不住導線的垂直荷載,最終導致脆斷.3.2斷裂原因分析1)早期絕緣子結(jié)構缺陷分析:根據(jù)掉串的情況來看,芯棒斷裂位置基本為絕緣護套與金具連接處,如圖1所示.早期絕緣子的端部密封結(jié)構如圖1所示,其密封只有一道關口,即密封膠

10、,密封膠在運行環(huán)境中容易老化.再加上原來的端部連接工藝為內(nèi)楔.8O.式,一旦密封膠老化開裂,雨水很容易沿護套和金具縫隙滲透至芯棒,從而導致芯棒酸化脆斷.從斷面點來看,斷面點基本位于球頭金具與芯棒連接面金具內(nèi)側(cè)約1cm處,斷面基本光滑平整,也證明結(jié)構缺陷是導致絕緣子掉串的主要原因.密封膠'芯棒I_¨'剁一護套99年以前的密封示意圖圖11999年以前的密封示意圖密封蟹1_?_密封膠芯棒護l密封槽2001年至今的密封示耄髓圖22001年至今的密封示意圖2)絕緣子高壓側(cè)由于電場強度大,長時間電暈作用,使得絕緣子端部密封在高電場和電暈作用下破損,雨水進入芯棒與金具連接部位,導致

11、連接處的芯棒酸化,在應力作用下發(fā)生脆斷.如500kV普洪二線連接處的金具內(nèi)表面已出現(xiàn)銹蝕,充分說明雨水長時間滲透所致.3)由于早期絕緣子的工藝較為落后,一方面芯棒是普通芯棒,耐酸性能較差,一旦雨水滲透,極易發(fā)生芯棒酸化脆斷.4)早期的復合絕緣子均壓環(huán)設計不合理,均壓效果不理想,再加上施工單位對均壓環(huán)認識不夠,存在均壓環(huán)安裝位置弄反的情況,結(jié)果不但改善不了電場分布,相反使高壓側(cè)電場進一步畸變,場強進一步增強,從而導致端部密封膠老化加速.5)新的端部密封工藝分析.新的端部密封工藝徹底解決了由于端部密封不嚴可能導致的掉串事件,從圖2可以看出:新的端部密封工藝采用了三道關進行密封處理,第一道仍為密封膠

12、,第二道為密封圈,第三道為密封槽,當密封膠老化失效時,密封圈和密封槽立即發(fā)揮作用,由于密封圈和密封槽均處于內(nèi)部,其受環(huán)境影響較小,不易發(fā)生老化,故封堵性能較好,所以很難發(fā)生雨水滲透到芯棒的情況,從而較好防止了由于雨水滲透導致的掉串,提高了復合絕緣子的使第32卷第3期2009年6月四川電力技術SichuanElectricPowerTechnologyV01.32.No.3Jun.,2009用壽命.4存在的問題1)老工藝生產(chǎn)的絕緣子仍大量掛網(wǎng)運行.1997,1998,1999年產(chǎn)的復合絕緣子大量在電網(wǎng)上使用,共計有8570支,其中110kV有6063支,220kV有2015支,500kV有492

13、支.2)對絕緣子的檢測手段有限.由于復合絕緣子內(nèi)部故障的監(jiān)測手段有限,很難提前發(fā)現(xiàn)復合絕緣子的內(nèi)部故障,特別是復合絕緣子的端部密封試驗開展難度較大.3)在運復合絕緣子的抽檢工作難度較大.四川省電力公司已出臺復合絕緣子運行規(guī)程,但復合絕緣子按規(guī)程的抽檢工作開展較少,目前沒有形成一套完善的抽檢機制.5復合絕緣子運行維護工作思考1)安排更換掛網(wǎng)運行的早期復合絕緣子產(chǎn)品.對采用淘汰工藝生產(chǎn)的早期絕緣子逐步安排進行更(上接第70頁)(6)完全不受負載影響,消除了測量數(shù)據(jù)傳輸過程中的系統(tǒng)誤差.數(shù)字化的電流電壓信號在傳輸?shù)蕉卧O備和二次設備處理的過程中均不會產(chǎn)生附加誤差,提升了保護系統(tǒng),測量系統(tǒng)和計量系統(tǒng)的

14、系統(tǒng)精度.(7)簡化了二次系統(tǒng)的試驗:一次和二次無直接電聯(lián)系,不存在TV短路,TA開路問題,提高了現(xiàn)場試驗接線安全性;數(shù)字信號替代了傳統(tǒng)模擬量輸入信號,無需進行模擬量輸入準確度校驗;無需校驗互感器的極性,無需進行二次回路接線檢查;無需回路絕緣電阻測試,回路壓降測試,回路接地的檢查.2.5.2經(jīng)濟效益(1)常規(guī)的綜合自動化變電站仍存在復雜的二次回路,控制電纜用量較大,且電壓等級越高,控制電纜用量越大.數(shù)字化變電站中大量采用光纖和網(wǎng)線作為信息交換的介質(zhì),控制電纜用量將明顯降低,體現(xiàn)了一定的經(jīng)濟效益.換.2)開展復合絕緣子抽檢工作.開展全省復合絕緣子樣品抽檢工作,特別是端部密封試驗.3)加強對質(zhì)量可

15、疑廠家運行產(chǎn)品的跟蹤監(jiān)測.四川省在運復合絕緣子生產(chǎn)廠家較多,部分廠家已經(jīng)倒閉,部分廠家生產(chǎn)能力較小,應加強對此類廠家的產(chǎn)品進行加量抽檢,以便及時發(fā)現(xiàn)問題.4)加強在運復合絕緣子單改雙工作.對大檔距,大高差,重要跨越點,居民區(qū)的復合絕緣子實施單改雙工作,以避免掉串導致的不良后果.5)開展紅外成像儀檢測復合絕緣子研究.根據(jù)復合絕緣子出現(xiàn)缺陷后,可能產(chǎn)生熱成像圖像突變的情況,著手研究紅外成像儀檢測復合絕緣子.6)開展在運復合絕緣子運行情況研究與分析.進一步摸清四川省在運復合絕緣子情況,針對不同廠家,不同運行條件,不同運行環(huán)境,開展早期復合絕緣子運行情況分析,抽取一定樣品開展分析工作,對早期各廠家的復合絕緣子進行全面,正確的評估,特別是要加大對耐張和大檔距桿塔復合絕緣子的運行情況研究.(收稿日期:200812一O1)(2)全站按照IEC61850通信標準構建,體現(xiàn)了國際自動化技術發(fā)展最新潮流和理念.基于IEC61850構建的自動化系統(tǒng)具有良好的互操作性和長期穩(wěn)定性,降低了改建,擴建的系統(tǒng)升級,調(diào)試成本,保護了用戶的投資.2.5.3社會效益(1)電子式互