一起±500kV换流站直流复合绝缘子击穿故障及防范措施分析

一起±500kV换流站直流复合绝缘子击穿故障及防范措施分析
针对某±500kV直流工程换流站发生多起复合绝缘击穿的问题，本文通过对故障的特征及原因现场处置措施进行分析后，明确本次故障主要原因为复合绝缘子生产管理不到位，将带有热电偶的研发产品混入生产订单产品中发往现场将用于多棒芯结构的法兰用于单棒芯结构的绝缘子上，造成法兰工艺孔密封不良，水汽通过密封不良的法兰工艺孔渗入到绝缘子内部，导致绝缘降低，在运行过程中出现击穿。

在此基础上，本文从设计选型关监造及验收安装关验收移交运维等方面提出了技术监督手段，以提高复合绝缘子制造安装质量，避免类似故障再次发生。

标签：直流复合绝缘子;击穿故障;分析;防护措施
1引言
复合绝缘子这种新型绝缘结构的线路绝缘子，在国内变电站线路上挂网运行已有十几年的历史。

它特有的防污性能和众多优越性，已成为直流电力系统使用量较多的绝缘子产品，发挥明显经济效益和社会效益。

复合绝缘子长年在室外运行，除长期承受强电场的作用外，还经常受日晒雨淋风沙高温和严寒等恶劣气候条件的浸蚀，这就要求复合绝缘子必须具有优异的耐高低温耐光辐射耐臭氧和耐霉菌等抗老化性能，对制造工艺要求相当高。

复合绝缘子的结构质量外绝缘中填充剂颗粒表面性能作用程度及外绝缘塑炼硫化工艺参数变动，都将相应地降低复合绝缘子的质量，造成绝缘击穿故障。

某±500kV直流工程换流站共发生了4起复合绝缘击穿，其中3起滤波器支持绝缘子，1起为直流场支撑绝缘子。

本文对以上4起复合绝缘子故障的击穿机理击穿后性能影响现场处置措施以及预防措施进行分析，并参考相关案例分析以及标准规范，结合设备实际参数，对预防直流复合绝缘子击穿故障提出了相应的防护措施。

2事件分析及处理措施
2.1事件情况
2016年3月7日晚22时，某换流站574小组滤波器B相C2电容塔支柱复合绝缘子发生击穿事件，现场更换故障绝缘子后恢复送电。

3月14日对绝缘子进行解剖分析发现，击穿点在中间引拔棒和缠绕层之间。

同时在芯棒缠绕层处发现了金属导线的截面，对击穿碳化粉末进行元素分析，确认为热电偶金属材料。

导致产品击穿的原因为引拔芯棒与缠绕层之间的热电偶金属将绝缘距离减小，在带电调试与试运行过程中不断放电，导致产品击穿。

经过厂家调查，该产品为研发产品，由于对研发产品管控不到位，混入车间生产订单的产品中，误发到现场安装运行。

解剖图片见图1。

2.2事件情况
2016年05月27日09时，某换流站573小组交流滤波器B相C1电容器高压塔绝缘支柱复合绝缘子发生击穿事件;现场更换故障绝缘子后恢复送电。

6月2日对绝缘子进行解剖分析发现，中间引拔棒和缠绕层之间界面均出现炭化痕迹，解剖图片见图2。

进一步对上下法兰进行检查，发现上下法兰底部存在锈蚀痕迹，检查上下法兰工艺孔，发现上下法兰工艺孔未用生胶带进行密封，故达不到密封的效果，见图3。

因此本次击穿事件原因为：潮气通过密封不良的工艺孔进入到复合绝缘子内部，并扩散至缠绕层和芯棒界面，而缠绕层和芯棒界面可能存在局部不粘，在高电压作用下不断放电烧蚀，炭化通道逐渐发展，最终内部击穿。

2.3事件情况
2016年06月7日13时，某换流站582小组交流滤波器C相C1电容器高压塔绝缘支柱复合绝缘子发生击穿事件;现场更换故障绝缘子后恢复送电。

6月23日对绝缘子进行解剖分析发现，击穿点在中间拉挤芯棒和缠绕层之间。

击穿现象和第一起事件现象相似，且在击穿路径中发现有金属粉末，同时解剖该产品也发现上下端面密封存在不可靠，有潮气渗入现象，具体见图4。

导致产品击穿的原因为引拔芯棒与缠绕层之间的热电偶金属将绝缘距离减小，在带电调试与试运行过程中不断放电，导致产品击穿。

产品击穿的直接原因是缠绕层与引拔棒带有热电偶的研发产品混入生产订单产品中，导致运行过程中击穿。

2.4事件情况
2017年04月01日18时某换流站对直流场绝缘子进行紫外测试发现极1母线第一根支柱绝缘子（设计编号5，型号为FZSMW-500/12.5-Z）中上节绝缘子之间法兰连接处有放电现象（见图5），紫外成像仪显示该放电处最大光子计数为518。

根据现场观察放电点有扩大趋势。

红外测温发现该放电点为24℃，第二节与第三节绝缘子连接处为23℃，见图6。

经分析，该放电现象与之前支柱绝缘放电情况相似，初步判断该支柱绝缘子最上节绝缘子可能已经击穿，中上节法兰处是运行电压，该法兰无均压环，因此出现较大放電现象。

现场处理情况：申请极1停电处理，使用耐压试验合格备品进行了更换，送电后运行无异常。

将缺陷绝缘子拆除后，打开上部法兰盘，结果如图7，接触面已经氧化且潮湿，上节绝缘子混用了带有工艺孔的法兰盘，工艺孔仅用防水胶简单密封。

拆下后对三节绝缘子进行绝缘电阻测试，上节绝缘电阻为1GΩ，中下节绝缘电阻为1000GΩ，上节支柱绝缘子绝缘能力已基本失去。

该绝缘子中上节绝缘子连接法兰处有放电现象，故障点测温较相邻部分高1-2℃，且紫外成像观察放电点有扩大趋势，该情况与金官换流站故障情况相似，结合换流站小组滤波器电容塔复合外套支柱绝缘子发生三次击穿情况，初步判断桂中站放电支柱绝缘子最上节绝缘子可能已经击穿，中上节法兰处是运行电压，该法兰无均压环，因此出现较大放电现象。

2.5主要原因
⑴厂家将带有热电偶的研发产品混入生产订单产品中发往现场，导致绝缘水平降低，运行过程出现击穿现象。

⑵因厂家负荷绝缘子生产管理不到位，将用于多棒芯结构的法兰用于单棒芯结构的绝缘子上，且法兰工艺孔密封不良。

水汽通过密封不良的法兰工艺孔渗入到绝缘子内部，导致绝缘降低，在运行过程中出现击穿现象。

3处置措施
⑴更换两端换流站直流场极母线的全部支柱绝缘子;更换交流滤波器场电容塔的全部单棒芯支柱绝缘子;并对交流滤波器场电容塔的多棒芯支柱绝缘子以及两端换流站直流场更换下的多棒芯支柱绝缘子各抽检2支进行返厂试验及解剖。

⑵采用单棒芯结构型式复合外套支柱绝缘子作为更换产品，但每支均需做工频耐压及局放试验，相关标准参照国家试验标准。

⑶为保障现场完全运行，厂家优先提供两端换流站直流场各2柱应急备品。

⑷更换原则如下：优先同步更换两端换流站直流场极母线支柱绝缘子;其次更换交流滤波器场高压电容塔底层支柱绝缘子;最后更换交流滤波器场电容塔的其它支柱绝缘子。

⑸需专人负责，安排监造人员驻廠监造。

做好监造及供货管控。

⑹对已更换下的绝缘子分类分批进行解剖抽检，形成相关分析报告。

4故障原因分析
4.1产品结构说明
复合支柱绝缘子采用引拔棒外缠工艺的复合芯棒，其中引拔棒有两种方式：单棒结构多棒结构。

单棒结构产品，工艺流程及结构见图8。

多棒结构产品，工艺流程及结构见图8。

多棒结构上下法兰端面工艺孔在真空灌胶前必须密封可靠，否则无法进行真空处理，接着对产品进行抽真空处理，真空度达到工艺要求133pa后进行灌胶，环氧树脂胶液将多棒之间间隙填充，所有环氧胶液均为同体系材料，其材料力学性能膨胀系数均相同。

胶液灌充过程中，将上下法兰端面工艺孔再次填充固化，进行二次密封。

所以多棒产品结构不存在密封缺陷。

4.2单棒与多棒产品法兰差异
两种结构的法兰外形及结构尺寸完全相同，唯一的区别就是，#1单棒结构的法兰端面没有工艺孔，#2多棒结构的法兰端面有工艺孔，用于多棒的真空灌胶，两种结构法兰差异见图10。

4.3事件原因分析
复合绝缘子的产品结构型式存在单棒芯多棒芯拉挤空心填充等几种，各种结构型式的产品均为成熟产品且有较多的工程应用。

出现击穿的绝缘子集中在单棒芯批次产品，故障原因为管理不善导致安装工人技术要求执行不到位，单棒与多棒法兰混用，造成棒结构复合支柱绝缘子上下法兰端面工艺孔存在密封不良隐患，水分通过工艺孔渗入绝缘子内部，造成绝缘性能降低甚至已发生击穿。

5防范措施
针对本工程绝缘子存在问题，本文从技术监督角度提出了如下防范措施如下：
⑴把好设计选型关。

集中组织编制审查设备技术规范书，不同用途复合绝缘子应明确相应结构，各方认真审查并完善建议。

⑵把好监造及验收管。

根据供货计划，组织制订监造方案监造计划，并设备生产进度组织安排监造任务。

专人负责，根据技术规范书要求开展驻厂监造。

⑶把好安装关。

施工人员明确不同安装地点的绝缘子及其结构特点，开展设备现场安装监督，核实并记录绝缘子安装调试过程中是否符合技术规范的要求。

⑷把好验收移交。

验收人员明确不同安装地点的绝缘子及其结构特点，将技术规范反事件措施要求落实到验收表单内，确保绝缘子与设计技术规范要求一致。

⑸把好运维关。

加强运维管控，制定符合绝缘子的运维策略，明确红外紫外测试周期。

组织编制所辖范围内设备的检修作业指导书，对设备的检修步骤流程以及检修方法工艺控制标准进行明确。

确保运维检修到位。

⑹新建工程或新采购设备，复合绝缘硅橡胶护套材质建议采用整体注射成型的高温硫化硅橡胶。

6结论
综上可知：⑴本次故障主要原因为厂家将带有热电偶的研发产品混入生产订单产品中发往现场，导致绝缘水平降低，运行过程出现击穿现象。

且管理不到位，将用于多棒芯结构的法兰用于单棒芯结构的绝缘子上，且法兰工艺孔密封不良。

水汽通过密封不良的法兰工艺孔渗入到绝缘子内部，导致绝缘降低，在运行过程中出现击穿现象。

⑵紫外成像测试可有效发现复合绝缘子的击穿故障及其扩大趋势。

针对发现的现象应高度重视，及时分析并安排处理，避免故障扩大。

⑶通过采用了把好设计选型关把好监造及验收关把好安装关把好验收移交关把好运维关等技术监督手段，可提高复合绝缘子制造安装质量，避免类似故障再次发生。

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