浅谈支柱绝缘子断裂的成因及其检测方法

浅谈支柱绝缘子断裂的成因及其检测方法

【摘要】高压瓷支柱绝缘子是变电站常用电气设备，支柱绝缘子发生断裂往往会引发重大电力安全及人生安全事故。本文对支柱绝缘子断裂的原因进行了分析，并介绍了已有的支柱绝缘子检测方法。

【关键词】支柱绝缘子；断裂；检测

1 引言

高压瓷支柱绝缘子主要是用作支撑高压隔离开关带电部件和高压母线的绝缘支柱体，是变电站常用电气设备。近年来，支柱绝缘子断裂事故时有发生，甚至因支柱绝缘子断裂引发母线短路造成重大事故，对电网的安全生产及人生安全构成极大威胁。

2 支柱绝缘子断裂原因分析

支柱绝缘子断裂的原因可以从工厂制造、招标设计选型、验收、安装调试、运行维护等设备全生命周期的各个阶段来进行分析。

2.1 制造过程中造成的缺陷

2.1.1 生产管理不善

（1）支柱绝缘子是由粘土、长石等铝硅酸盐等配方加工成形，再经过高温煅烧而成。不同规格的支柱绝缘子配方和工序不同。生产过程中如果采购把关不严导致原料不稳定，配方用量不准确，或者因管理混乱导致工序流程中不同规格的原料互相混合，都会使成品质量参差不齐。

（2）部分厂家在采购、装配环节存在漏洞。为节约成本，在出厂检测上把关不严，缺失必要的试验环节，导致不合格产品未能剔除。

2.1.2 制造工艺的缺陷

（1）国内厂家在1978到1984年间普遍采用滚花或刻槽工艺，使得法兰内的胶装处存在内应力造成的裂缝、夹层、吸虹等现象。

（2）支柱绝缘子瓷体采用还原焰焙烧，将三氧化二铁转化为氧化铁，瓷质呈灰白色。如果还原不充分，瓷芯仍存在三氧化二铁，瓷质呈黄色，造成瓷芯与瓷面膨胀系数不一致，遇到气温急剧变化易造成折断。

（3）支柱绝缘子是由黏合物把瓷体和金具连接而成的，黏合物主要有水泥、沥青等。在制造过程中，胶装处缓冲层厚度不符合工艺要求，会造成支柱绝缘子

强度裕度不够，外应力容易使得胶装处断裂。据统计，支柱绝缘子断裂部位绝大多数在于法兰口内3cm到第一瓷沿之间。

（4）焙烧温度出现较大偏差，存在过烧（温度大于1300℃）、欠烧（温度小于1250℃）等，导致瓷体强度偏低，甚至存在气泡、裂纹等现象。

（5）瓷体与胶装处密封不严并存在缝隙，寒冷气温下一旦浸存水就会产生冰冻，结冰产生膨胀应力导致瓷体断裂。

2.2 招标设计选型不合理造成的缺陷

（1）在招标和设计时不够重视，设计裕度偏低，没有采用等静压法等干法工艺制造的高强度瓷体代替传统的湿法工艺制造的普通瓷体。

（2）设计不合理，抗腐蚀差。隔离开关传动机构容易出现锈蚀、卡涩等现象，使得操作时扭力过大，特别是GW6、GW16、GW17、GW20、GW21等型号，容易发生断裂事故。

2.3 验收、安装、调试管理不到位造成的缺陷

（1）在验收环节上不够重视，没有按照规定进行验收。

（2）安装、调试不当。如支柱绝缘子与母线的引线太紧、上下法兰安装不平行等都会导致支柱绝缘子承受应力过大，长时间承受过大应力导致强度下降造成断裂。据2002年统计数据，涉及隔离开关及母线的占支柱绝缘子断裂总事故的94.9%，其中隔离开关占81%。

2.4 运行维护过程中造成的缺陷

（1）维护不到位。隔离开关超期检修，传动机构出现锈蚀、卡涩等现象，如果倒闸不当，容易受过大的机械应力导致支柱绝缘子断裂。

（2）气温的变化。支柱绝缘子由水泥、瓷体、金属法兰构成，三者之间的膨胀系数不一样，由于温差变化、浸水冰冻产生应力等，胶装处不能有效缓冲就会造成支柱绝缘子断裂。因此，气温变化越大的地区发生支柱绝缘子断裂的几率越大。据统计，北方地区发生支柱绝缘子断裂显著多于南方地区，东北地区尤为严重。

（3）服役年限较长的隔离开关未及时更换，瓷体发生劣化，容易造成断裂。运行时间越长，缺陷率越高。

3 支柱绝缘子检测方法

3.1 人工巡检法

人工巡检法是通过用肉眼或者望远镜观察支柱绝缘子的外观有无裂缝、老化等现象。该方法简单可靠，仪器成本低。缺点是观察角度不太理想，无法发现瓷体内部的缺陷。

3.2 红外热成像法

红外热成像法是通过被检支柱绝缘子的热场分布来诊断其性能。绝缘子分布电压在各伞裙上。正常情况下，电介质在工频电压作用下由于极化效应发热呈马鞍形。当瓷体开裂或者瓷面污秽严重，瓷体内部穿透性泄露电流或瓷面爬电泄露电流导致发热，通过红外热成像仪可以观察出来。该方法具有无需停电，可在较大范围内快速检测的优点。缺点是只能夜间检测，容易受绝缘子表面发射率、检测距离、大气吸收、天气、仪器分辨率和灵敏度等因素的影响，检测依据难以量化，容易受环境、污秽等干扰，对一般的瓷体贯穿性裂纹的检测不太理想，无法发现瓷体内细小裂纹或气泡，只有发生较为严重的开口裂纹才能够发现。

3.3 紫外成像检测法

紫外成像检测法是通过被检支柱绝缘子表面的电晕放电情况来诊断支柱绝缘子的性能。紫外成像检测法与红外热成像法具有类似的优缺点。

3.4 振动声学检测法

振动声学检测法是通过对支柱绝缘子施加一定频率的激励声波，引起支柱绝缘子振动，将反射回来的频率与支柱绝缘子固有频率做比较来判断支柱绝缘子的性能。良好的支柱绝缘子的基础频率在4kHz左右。底部法兰和顶部法兰有缺陷的支柱绝缘子的振动功率频谱图分别会在1-3kHz和8-10kHz的频率区域出现峰值。该方法具有无需停电检测的优点。缺点是容易受外界干扰，无法确定缺陷的具体位置和类型，对于顶部法兰与传动机构间有塑胶垫片或者绝缘子底座位置接触不好的支柱绝缘子会存在误判。