張秀斌 彭 鵬 溫定筠 范迪銘 王 津

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050）

一起330kV懸式絕緣子炸裂故障分析

張秀斌 彭 鵬 溫定筠 范迪銘 王 津

（國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，蘭州 730050）

本文針對一起330kV懸式絕緣子炸裂故障進(jìn)行了分析。通過多種檢測手段進(jìn)行了綜合判斷，還原了事故過程，確定了故障類型，找到了事故發(fā)生的原因，為檢修人員開展下一步相關(guān)隱患排查和制定今后檢修策略提供參考和依據(jù)。

330kV懸式絕緣子；炸裂；故障分析；零值

懸式絕緣子在輸配電系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，在變電站、換流站以及輸電線路上，均存在大量的懸式絕緣子。在近年來超高壓、特高壓電網(wǎng)的迅速發(fā)展的大背景下，絕緣子的安全運(yùn)行問題直接影響著整個(gè)系統(tǒng)的安全水平[1-4]。本文對一起變電站懸式絕緣子炸裂故障原因進(jìn)行了調(diào)查，對非事故絕緣子串進(jìn)行了排查和隱患消除。

1 事故過程及現(xiàn)場檢查情況

某330kV變電站330kVII母擴(kuò)建延長部分與原母線相鄰第四串門型架連接處新安裝懸式絕緣子串A相炸裂，如圖1所示，A相母線與絕緣子掛點(diǎn)處有放電痕跡，33422刀閘C相靠Ⅱ母側(cè)刀閘瓷柱有一片瓷裙1/4破裂，3342罐式斷路器瓷柱有損傷痕跡。

炸裂絕緣子鋼帽內(nèi)有放電痕跡，本相另一側(cè)懸式絕緣子有4片絕緣子鋼帽有放電痕跡。

事故發(fā)生后，檢修人員到達(dá)現(xiàn)場并在設(shè)備停電后，將事故絕緣子串拆下，對炸裂絕緣子片所在的A相第4串其他絕緣子進(jìn)行了檢查。以存留事故現(xiàn)場的第一手資料，為查找事故原因累積數(shù)據(jù)。由于運(yùn)行中絕緣子串的主要電氣性能是其絕緣性，檢修人員首先對未炸裂絕緣子進(jìn)行了絕緣電阻測試。

圖1 炸裂絕緣子鋼帽及瓷片

經(jīng)現(xiàn)場對未炸裂的A相第4串絕緣子進(jìn)行逐片絕緣電阻檢測，根據(jù)DL/T 741—2010《架空輸電線路運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定，運(yùn)行中的瓷質(zhì)絕緣子絕緣電阻不得小于300MΩ，測得低、零值絕緣子17片，合格6片，經(jīng)外觀檢查，有沿面放電痕跡絕緣子5片。絕緣子絕緣電阻檢測記錄見表1。

絕緣電阻檢測結(jié)果顯示，該330kV絕緣子串的23片絕緣子片中，絕緣電阻符合規(guī)程中對運(yùn)行條件要求的僅3片，大部分絕緣子片存在絕緣劣化現(xiàn)象，表現(xiàn)形式為低值或零值。

初步判斷，事故的起因可能是部分絕緣子存在低、零值現(xiàn)象，絕緣劣化導(dǎo)致無法承受正常運(yùn)行電壓，從而逐步演變成為事故。

由于為炸裂絕緣子雖然未炸裂，但已經(jīng)受到炸裂絕緣子的波及，其絕緣情況在事故前后已經(jīng)發(fā)生較大變化，因此，其絕緣電阻檢測結(jié)果只能夠提供事故原因追查的方向性的參考作用，根據(jù)其事故后存在絕緣劣化情況并不能夠判斷其事故前的絕緣情況。且絕緣子炸裂的原因無法排除機(jī)械強(qiáng)度不足的因素的影響。

基于上述原因，技術(shù)人員分兩個(gè)步驟對該事故進(jìn)行了追蹤，一方面將未炸裂絕緣子運(yùn)回試驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步的拉力試驗(yàn)分析和模擬運(yùn)行條件試驗(yàn)；另一方面，赴絕緣子生產(chǎn)廠家追溯該批次絕緣子的出廠記錄，以期在綜合兩方面資料的基礎(chǔ)上綜合分析和還原絕緣子事故前的狀態(tài)。

2 送檢絕緣子試驗(yàn)檢查分析

技術(shù)人員在高壓試驗(yàn)室對運(yùn)回的事故串及其他串絕緣子進(jìn)行了試驗(yàn)和相關(guān)檢測。

2.1 外觀檢查、絕緣電阻測試

將該變電站的事故串以及非事故串共619片絕緣子在試驗(yàn)室進(jìn)行了外觀檢查、絕緣電阻測試，結(jié)果如下：

1）通過外觀檢查，發(fā)現(xiàn)部分絕緣子外觀完整，表面RTV涂料有少量磨損，應(yīng)為運(yùn)輸中造成，但未傷及瓷釉。同時(shí)，部分絕緣子損壞嚴(yán)重，表面RTV涂料均有不同程度磨損，其中619片絕緣子中破損絕緣子7片，嚴(yán)重破損2片。

2）通過對所有絕緣子進(jìn)行絕緣電阻測試發(fā)現(xiàn)619片絕緣子中非零值絕緣子136片，低值絕緣子6片，零值絕緣子477片，低值、零值絕緣子占絕緣子總數(shù)的 78.8%。對絕緣子做絕緣電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，事故后未炸裂絕緣子存在大量低、零值現(xiàn)象，與現(xiàn)場絕緣電阻測試結(jié)果相吻合并互相印證，可以更進(jìn)一步支持事故起因在于部分絕緣子上存在低、零值現(xiàn)象，但由于同樣為事故后絕緣狀況檢測，無法排除其他因素影響。

表2 絕緣子絕緣電阻測試數(shù)據(jù)

2.2 拉力試驗(yàn)

為了對事故絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，試驗(yàn)人員在在送檢的絕緣子中，抽取兩串絕緣子串逐片絕緣子進(jìn)行了拉力試驗(yàn)，兩串絕緣子串共46片絕緣子均通過試驗(yàn)。

由于事故后絕緣子串全部通過了拉力測試，基于此試驗(yàn)結(jié)論，可以排除絕緣子片機(jī)械強(qiáng)度不夠?qū)е率鹿拾l(fā)生的可能性。

3 產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)追溯

現(xiàn)場和試驗(yàn)室的對未炸裂絕緣子片絕緣電阻的檢測無法排除事故本身的影響，而拉力試驗(yàn)排除了機(jī)械強(qiáng)度因素的影響，為了進(jìn)一步排查事故原因，并且為運(yùn)行中絕緣子同類事故預(yù)防排查工作提供參考，技術(shù)人員赴生產(chǎn)廠家開展實(shí)地調(diào)研，重點(diǎn)對爆裂XWP-160懸式絕緣子的原材料來源、工藝制造水平及檢驗(yàn)檢測能力等相關(guān)原始資料進(jìn)行質(zhì)量追溯并收集。

3.1 原材料檢測追溯

對本批次瓷絕緣件的原材料資料進(jìn)行質(zhì)量追溯，本批次產(chǎn)品泥料主要是由清遠(yuǎn)泥、東堡泥、姜沖泥、鉀長石、福建泥、礬土等構(gòu)成；鋼腳由自貢市順達(dá)電力附件制造廠生產(chǎn) Q160型，共計(jì)進(jìn)貨量932個(gè)；鋼帽由山東凱力電力金具有限公司生產(chǎn)Q160型，共計(jì) 917個(gè)。水泥膠合劑采用強(qiáng)度等級52.5普通硅酸鹽水泥。詳細(xì)核對了原材料進(jìn)廠驗(yàn)收（理化試驗(yàn)報(bào)告）質(zhì)量跟蹤記錄文件，證明原材料質(zhì)量過程符合質(zhì)量控制要求。

3.2 瓷件生產(chǎn)制造過程追溯

通過現(xiàn)場實(shí)地調(diào)研考察，對泥料成型及燒成后的工藝控制進(jìn)行收資。包括精泥水分測試表一份，成型濕坯尺寸規(guī)格檢驗(yàn)記錄表一份，干坯水分測試表一份，出窯報(bào)告表一份，成瓷檢驗(yàn)窯次報(bào)告綜合表一份。

3.3 試驗(yàn)?zāi)芰彶?/p>

對懸式絕緣子相關(guān)試驗(yàn)及能力證明資料進(jìn)行審查，包括產(chǎn)品抽查試驗(yàn)記錄一份，出廠產(chǎn)品試驗(yàn)報(bào)告一份，XWP-160高壓線路耐污盤形懸式瓷絕緣子定型試驗(yàn)（型式試驗(yàn)）檢驗(yàn)報(bào)告一份。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告審查結(jié)果，符合國家相關(guān)絕緣子試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4 同批次產(chǎn)品去向追溯

根據(jù)現(xiàn)場考察、廠家出窯報(bào)告表及成瓷檢驗(yàn)窯次報(bào)告綜合表，該批產(chǎn)品于2013年12月7日進(jìn)窯（窯號3，窯次2），總進(jìn)窯量2033只；2013年12月10日出窯，總出窯量1904只。同批次出窯產(chǎn)品量包括：XWP-160型號938只；XP-70型號631只；XWP-70型號335只。具體情況如下：

1）XWP-160型號，進(jìn)窯量1022只，共計(jì)7.97t。出窯量938只，共計(jì)7.32t，產(chǎn)品合格率為92%，廢品量共計(jì)84只。包括原料階段廢品量7只，其中鐵質(zhì)2只，雜質(zhì)5只；成形階段廢品量32只，其中圈子裂12只，縮釉5只，主體裂15只；燒成階段廢品量45只，其中裝坯破31只，有煙油9只，釉泡5只；保留廢品15只。XWP-160型號產(chǎn)品供給甘肅省電力公司900只。剩余38只中，用于工頻火花試驗(yàn)16只擊穿破壞、11只磕碰、7只用于出廠試驗(yàn)、4只留廠不詳。

2）XP-70型號，進(jìn)窯量 656只，共計(jì) 2.36t。出窯量631只，共計(jì)2.27t，產(chǎn)品合格率96%，廢品共計(jì)25只，包括原料廢品損失1只，成形廢品損失5只，燒成廢品損失19只，保留廢品3只。XP-70型號產(chǎn)品于2014年2月28日全數(shù)供給貴州某供電公司。

3）XWP-70型號，進(jìn)窯量355只，共計(jì)2.02t，出窯量335只，共計(jì)1.91t，產(chǎn)品合格率94%，廢品共計(jì)20只，包括原料廢品損失1只，成形廢品損失3只，燒成廢品損失 16只，保留廢品 7只。XWP-70型號產(chǎn)品于2014年3月7日全數(shù)由個(gè)人購買。

產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)和同批次產(chǎn)品去向追溯結(jié)果提供了同批次產(chǎn)品的流向，為今后對其他任然處于運(yùn)行中的該批次其他絕緣子開展有針對性的排查工作提供了參考資料。運(yùn)維檢修管理部分隨后也安排了針對提供給本單位的相同批次絕緣子的排查工作，并針對存在問題的同批次產(chǎn)品安排了更換計(jì)劃。

4 返廠解體檢查

為了確切認(rèn)定事故原因，對事故中炸裂絕緣子片和部分未炸裂絕緣子片返廠進(jìn)行專業(yè)化檢驗(yàn)。

2015年10月20至24日，在制造廠家對返廠XWP1-160型6片懸式瓷絕緣子（3片為零值絕緣子，2片為低值絕緣子，1片為合格絕緣子）進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)及解體檢查，檢查情況具體如下：

對返廠零值絕緣子（試品編號 3#）、低值絕緣子（試品編號5#）及廠內(nèi)隨機(jī)抽樣產(chǎn)品（試品編號9#）進(jìn)行孔隙性試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為20MPa，時(shí)長為9h。試驗(yàn)結(jié)果顯示3#瓷片斷面有品紅滲透現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 瓷片斷面有品紅滲透現(xiàn)象

對返廠低、零值絕緣子進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)鋼帽與瓷件頭部水泥膠合劑層有明顯的氣孔及孔隙，絕緣子在制造生產(chǎn)過程中，膠裝工藝質(zhì)量控制存在漏洞，如圖3、圖4所示。

對返廠零值絕緣子（試品編號3#）及廠內(nèi)隨機(jī)抽樣產(chǎn)品（試品編號9#）進(jìn)行理化分析試驗(yàn)?；?yàn)結(jié)果表明零值絕緣子（試品編號3#）及廠內(nèi)隨機(jī)抽樣產(chǎn)品（試品編號9#）部分材料存在偏差，其中SiO2與Al2O3的偏差均超過2.5%。具體材料成分見表3。

圖3 零值絕緣子泥膠合劑層有氣孔及孔隙

圖4 低值絕緣子泥膠合劑層有氣孔及孔隙

表3 返廠絕緣子及廠內(nèi)隨機(jī)樣品理化分析數(shù)據(jù)

對此次返廠的非事故非零值懸式絕緣子進(jìn)行工頻耐壓，試驗(yàn)時(shí)電壓升至 60kV被擊穿，未達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（80kV，1min）工頻耐壓要求。

圖5 合格絕緣子工頻耐壓擊穿

為了進(jìn)一步了解生產(chǎn)廠家懸式絕緣子質(zhì)量狀況，對生產(chǎn)廠家XWP-160型瓷質(zhì)懸式絕緣子現(xiàn)場隨機(jī)抽取3片合格樣品進(jìn)行所有出廠試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果滿足相關(guān)規(guī)程要求。

返廠檢查顯示，故障絕緣子有品紅滲透現(xiàn)象，其鋼帽與瓷件頭部水泥膠和劑層有明顯氣孔及孔隙，其裝配過程中的膠裝工藝可能存在漏洞。且返廠非事故絕緣子串的部分材料存在偏差，對其工頻耐壓試驗(yàn)存在擊穿現(xiàn)象。

5 結(jié)論

通過對懸式絕緣子的原材料來源、工藝制造質(zhì)量追溯及檢驗(yàn)檢測能力、返廠故障絕緣子解體等多項(xiàng)檢查，造成該330kV變電站XWP1-160懸式瓷質(zhì)絕緣子炸裂故障的原因如下。

該批次產(chǎn)品在生產(chǎn)制造方面過程中，部分原料配比有偏差，鋼帽與瓷件頭部膠裝工藝質(zhì)量控制不嚴(yán)，存在水泥膠合劑層有明顯的氣孔及孔隙，絕緣子瓷件在焙燒控制過程中，氧化還原時(shí)間不足，造成燒成后部分產(chǎn)品瓷質(zhì)密度不夠，產(chǎn)生極其微小吸濕性的孔隙，從而導(dǎo)致瓷絕緣子瓷件吸濕性劣化。在掛網(wǎng)運(yùn)行過程中，隨著時(shí)間的推移，雨水及霧氣中微小水分子，滲入到這些孔隙中，造成了產(chǎn)品絕緣性能降低，最終導(dǎo)致絕緣子劣化產(chǎn)生低、零值。在高電壓下，泄漏電流增大，發(fā)展成大電流通過絕緣內(nèi)部，使得鋼帽內(nèi)溫度急劇升高，大量的熱量產(chǎn)生高溫引起絕緣子炸裂，脫落掉串。

[1]江秀臣,李鋒,付正才,等.低零值絕緣子判斷方法的研究[J].高電壓技術(shù),1995,21(3)：72-75.

[2]張斌.劣化絕緣子檢測技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J].電網(wǎng)技術(shù),2006,30(S1)：275-278.

[3]蘇東東.懸式絕緣子炸裂的分析及改進(jìn)措施[J].上海鐵道科技,2013(2)：70-74.

[4]DL/T 626—2005.劣化盤形懸式絕緣子檢測規(guī)程[S].

張秀斌（1986-），男，甘肅白銀人，碩士，工程師，從事電力設(shè)備技術(shù)監(jiān)督與狀態(tài)檢修工作。