500kvV形复合绝缘子串芯棒断裂故障分析

. .5 66 形复合绝缘子串芯棒断裂故障分析
李兆广!刘俊勇$
! # $ ! ' 广州南方电力集团电安建设有限公司"广东 广州& ! " # " " $ ' 广州电力设计院"广东 广州& ! " " # &
摘要介绍了& " "H N 北增甲线& %号塔 Q $相双 N 形复合绝缘子串断裂的故障情况"通过分析芯棒和护套的受损 形貌"指出故障形成的主要原因是复合绝缘子受到局部放电腐蚀和化学腐蚀而使机械强度降低" 次要原因是均 压环结构设计不合理%对此提出了反事故措施* 加强复合绝缘子的红外测温普查以及时发现缺陷# 改进制造工 艺以减小芯棒表面的微裂纹深度# 采用双悬垂串& 双 ! 或单 $ 挂点& 双线夹的结构形式以防止复合绝缘子掉串# 改善均压环和线夹的结构使电场强度均匀和减小弯曲力% 关键词复合绝缘子#芯棒#护套 中图分类号M ) $ ! ( !!!!文献标志码D
收稿日期 $ " " % ! " % ! ! )
状$撕裂断口呈不断发展上延的趋势$ 新旧不一% 伞裙及护套无明显腐蚀痕迹$绝缘子芯棒纤维断裂
图! . .5 6 北增甲线@号塔 4 $相绝缘子折断情况 !
!期 !第!
李兆广$等! & " "( ) ) 形复合绝缘子串芯棒断裂故障分析
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不规整$长短不一$最长的从护套内撕裂抽芯至第 ! $片伞裙止$ 破坏处很不干净$ 芯棒纤维中间还 夹杂屑粒和泥尘&杆塔)导线)挂线金具无异常&
" $ $ $ % ! 'O * 7 + Z 7 +> 3 + 6 ? 8 F 9 ? * 3 +> 3 '$ Q ? ; '3 @( F 7 + S : 3 F3 F ? :& A 5 9 ? 8 * 9B 3 C 5 8( 8 3 F ( F 7 + S : 3 F ( F 7 + ; 3 + ! " # " " > : * + 7 , G , , ,& $ $ $ # $ '( F 7 + S : 3 F& A 5 9 ? 8 * 9B 3 C 5 8O 5 6 * +K + 6 ? ' ( F 7 + S : 3 F ( F 7 + ; 3 + ! " " # & > : * + 7 , , , , ,& !M 6 7 # % $ & : * 6 7 5 8; 5 6 9 8 * I 5 6 ? : 5 @ 8 7 9 ? F 8 53 @; 3 F I A 5N ! 6 : 7 5 ;9 3 / 3 6 * ? 5 * + 6 F A 7 ? 3 8 6 ? 8 * + @B : 7 6 5Q $3 +M 3 C 5 8& %3 @& " " G G G G ,3 $ H ND 5 * S 5 + * + 5$ 'D + 7 A S * + ? : 5; 7 / 7 53 @ ? : 59 3 8 5 8 3 ;7 + ; ? : 5 6 : 5 7 ? : ? : 5 9 7 F 6 7 ? * 3 + 6 3 @ ? : 5 @ 7 F A ? 7 8 57 + 7 A S 5 ; 'K ? * 6 ,Q =7 = , , = 9 3 + 9 A F ; 5 ; ? : 7 ? ? : 5 @ 7 F A ?C 7 6/ 7 * + A 7 F 6 5 ;I ? : 5/ 5 9 : 7 + * 9 7 A 6 ? 8 5 + ? :8 5 ; F 9 ? * 3 +3 @ ? : 59 3 / 3 6 * ? 5 * + 6 F A 7 ? 3 8 6 F @ @ 5 8 * + 7 8 ? * 7 A =9 = , G ,G $ ; * 6 9 : 7 8 59 3 8 8 3 6 * 3 + 7 + ; 9 : 5 / * 9 7 A9 3 8 8 3 6 * 3 + 7 + ; 7 8 ? A 9 7 F 6 5 ; I ? : 5* 8 8 7 ? * 3 + 7 A6 ? 8 F 9 ? F 8 7 A; 5 6 * + 3 @ 8 7 ; * + 8 * + ' , G = = , , , , $C > 3 F + ? 5 8 / 5 7 6 F 8 5 67 8 5G 8 5 6 5 + ? 5 ;7 9 9 3 8 ; * + A : * 9 :* + 9 A F ; 56 ? 8 5 + ? : 5 + * + 5 + 5 8 7 A* + @ 8 7 8 5 ;? 5 / 5 8 7 ? F 8 5/ 5 7 6 F 8 5 / 5 + ?? 3 , = , ,, G $ $ ; * 6 9 3 < 5 8; 5 @ 5 9 ? 6 * +? * / 5 * / 8 3 < * + 7 I 8 * 9 7 ? * 3 +? 5 9 : + * F 5? 3; 5 9 8 5 7 6 5? : 5/ * 9 8 3 9 8 7 9 H; 5 ? :3 +? : 56 F 8 @ 7 9 53 @9 3 8 58 3 ; G ,@ J G $ # 7 ; 3 ? * + : 56 ? 8 F 9 ? F 8 7 A/ 3 ; 53 @; 3 F I A 56 F 6 5 + 6 * 3 +6 ? 8 * + 6 ; 3 F I A 5" 3 86 * + A 5 : 7 + * + 3 * + ? 67 + ;; F 7 A9 A 7 / 6? 3G 8 5 < 5 + ? G ,? G , , , ,G G $/ 9 3 / 3 6 * ? 5 * + 6 F A 7 ? 3 8 6 ? 8 * + 8 3 /; 8 3 * + 3 ; * @ * + : 5 6 ? 8 F 9 ? F 8 53 @, 8 7 ; * + * + + ;9 A 7 / 35 < 5 +5 A 5 9 ? 8 * 9@ * 5 A ;6 ? 8 5 + ? : G ,@ G G , = ,? ,8 ,7 G? , 7 + ;8 5 ; F 9 5I 5 + ; * + @ 3 8 9 5 ' , ! % % 8 " ( % + # 9 3 / 3 6 * ? 5 * + 6 F A 7 ? 3 8 9 3 8 5 8 3 ; 6 : 5 7 ? : 91 G
图$ !故障复合绝缘子护套烧蚀点分布
* !故障特征
运行单位于$ " " +年! !月$ "日更换了 Q $相的 全部)串复合绝缘子$抢修完毕后送电正常&据资 料统计$广州供电局挂网的该批次复合绝缘子共 ! $ " 支$ 大 伞 裙 & $ 个$ 小 伞 裙 & ! 个$ 大 伞 直 径 ! & ( //$ 小 伞 直 径 ! $ ! //$ 芯 棒 直 径 * " //$ 结构高 度 ) ' ) & /$ 干 弧 距 离 ) ' " + /$ 爬 电 距 离 ! * ' ) % /% 制 造 工 艺 为 芯 棒 打 磨$ 硅 橡 胶 整 体 注 射$高温硫化压接而成&芯棒为耐腐蚀性材料& 现场对拆卸下来的)串复合绝缘子进行初步检 查$发现故障复合绝缘子在距离高压侧 * 个大伞处 发生断裂$其余*支复合绝缘子则基本完好&为进 一步分析断裂原因$对故障复合绝缘子实施了解剖& 故障复合绝缘子折断口总体呈扫帚形$碎丝较 多$应属于普通断裂$而不是脆性断裂&对故障复 合绝缘子护套外观进行检查$ 发现高压侧第 & * ! $ 大伞之间护套上分布有灼伤口$如图$所示&分析 认为这些灼伤口是由于芯棒与护套材料界面电场严 重畸变$产生放电电弧烧穿护套所致&目前$护套 材料断面无法辨认出是否存在烧蚀口&将高压侧第 * ) +大伞之间伞裙及护套材料削去后$ 发现芯棒 与硅橡胶材料界面大部分区域发黑$碳化严重$如
佳$绝缘子在投入运行时护套已受到损伤$在高电 场强度下长期受局部放电腐蚀$当护套损伤到露出 芯棒时$又对芯棒进行电腐蚀$电腐蚀沿着绝缘子 向低压端逐步发展&同时$外部水气在护套受损处 进入芯棒$与被局部放电电离的氮气结合形成酸性 物质$在电蚀和酸性物质的双重作用下 " 从芯棒受 $ 芯棒内的 损的状态和颜色来看应主要是电腐蚀 # 玻璃纤维和环氧树脂被烧焦$同时受化学腐蚀而逐 步使强度减弱$最终断裂& ' # $ !次要原因 #均压环结构设计不合理$ 造成绝缘子高压 7 侧的伞裙承受比其它部位高 *&& 倍的电场作用& 绝缘子断裂处位于高电场强度位置印证了这一点& #在夹角较大的安装条件下$ 芯棒在承受轴 I 向拉力的同时还受弯曲力的作用& #芯棒耐酸性能稍差& 9
6 ) $ 5 # , # ( /* ( % "! ( +K % $ & 2 % "K $ 2 5 ( / U Q QM II H # ' $ " + 9 F * ( 3 ( # , " A ) # 2 5 $ ( %C % , ) F .
! $ Q K% : 7 3 ! F 7 + Q K 10 F + ! 3 + , ,$ = ,
图 ! ! $大伞之间 !故障复合绝缘子高压侧第! 芯棒拉断后形貌 图' )大伞之间 !故障复合绝缘子高压侧第' 护百度文库内部界面形貌 图" )大伞之间芯棒形貌 !故障复合绝缘子高压侧第'
) !故障分析
' # ! !主要原因 由于制造)运输)存储)安装等过程的工艺不
# $
广 东 电 力
第$ $卷 !
$ !线路概况
& " "H N 北增甲线原名增罗线$! % % *年! "月 $ (日投入运行$ $ " " "年&月* !日改建后更名为北 增甲线& 线 路 全 长 ) $ ' * ) *H /$ 导 线 型 号 为 ). $单位质量! + % Q ( 0 X ! ) " " ' $ + (? H /$安全系数 $ ' & 地线型号为 Q + $ 安全系数 $ % 线路共有 ( 0 ! % & & & ' + 铁塔% *基$其中甲线 ! ) 号) $ * 号) % * 号塔分别 与乙线! )号) $ $号) + %号塔同塔& 故障绝缘子所在铁塔的塔型为 % $全 0 ! ! $ ( ' ) 高* * * ' + /$处于第& + # "号塔耐张段内$ 耐张段 全长(* ( # /$代表档距( # $ /& & % 号塔前) 后档 的档距分别为 # $ ) /) & * ) /$ 水平档距和垂直档 距分别为( $ % / 和% + & /$代表档距) " ( /$ 垂直 荷载& + &线路 * ' $ " $H '$线路最大设计风速) "/ 6 绝缘子 Q $相采用双 N 形串$两边相采用K形串&
#为防止合成绝缘子断裂掉串$ 确保电网安 9 全运行$对在电网上运行的该类型绝缘子$建议采 用双悬垂串) 双挂点) 双线夹或双悬垂串) 单挂 点)二联板 双 线 夹 的 结 构 形 式 " 受塔头横担限制 时# $并对其进行定期抽检试验& 这样$ 既可提高 线路安全运行的可靠性$又可对其进行使用寿命跟 踪& #合成绝 缘 子 断 裂 处 大 多 出 现 在 导 线 侧 第 ; * $ 此段的电场强度高$ & (片伞裙处 " ) "&& "9 /# 因此建议改造)更换合适的均压环$如采用闭环结 构$适当增加均压环外径$在保证满足间隙要求的 情况下提高均压环罩入深度等$以起到降低绝缘子 导线侧电场强度和均匀电场的作用& #在条件容许的情况下$ 将原下垂式线夹更 5 换为上扛式防电晕线夹%对导线绝缘子进行八字形 改造&增大双线夹之间的安装尺寸$使双串绝缘子 上下不等距$形成上小下大的八字形$以减小芯棒 受弯程度& 以上对策可以改善复合绝缘子的电场分布$降 低其导线端承受的电压$消除畸变电场$达到预防 芯棒脆断目的&
! !故障情况
$ " " +年! !月! %日$运行单位在巡线中发现$ 广东电网公司广州供电局的 & " "H N 北增甲线 & % 号塔 Q $相双 N 形复合绝缘子串靠近电源侧有一串 被折断" 如图 ! 所示 # $ 由于采用双 N 形串挂线而 未掉线$侥幸没有造成更大危害&该绝缘子型号为 + $ # " DP ! & " " $ ! " $ " " ! 年 挂 网 运 行& 绝 缘 子 断 裂 口在高压侧第 & * ( 片伞裙间$ 复合外护套呈撕裂
$卷 第 ! !期 !第$ $ " " %年 ! !月 ! 文章编号! # ! " " # ! $ % " "" $ " " % ! ! ! " " # " ! " *
广 东 电 力 : ; 6 < : 4 = < :> ? > * @ ! A *0 =B > !
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图*所示&同样$将高压侧第% * ! "大伞之间硅橡 胶材料削去$也发现部分芯棒表面已经被碳化&从 芯棒表面特征分析得出$ 距离折断口越近 " 图*中 的 > 段# $则芯棒表面碳化越严重& 故障复合绝缘 子高压侧第) * + 大伞之间护套材料内界面存在小 孔$如图)所示& 另外$ 位于高压侧第 ! * ! ! $大 伞之间区域的芯棒断面呈黑色与土色交错的层状结 如图&所示# $可以判断出芯棒内部已经严重被 构" 碳化$放电不仅仅发生在芯棒与护套之间界面$而 且伴随芯棒的整体击穿&