某供电局隔离开关支柱瓷绝缘子断裂事故分析

某供电局隔离开关支柱瓷绝缘子断裂事故分析————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：某供电局11204-1隔离开关支柱瓷绝缘子断裂事故分析1.事故情况简介2008年3月20日11时06分，某供电局某变在220kV母线倒换过程中，因220kV#4主变11204－1隔离开关A相母线侧支柱瓷绝缘子发生断裂，引发220kV 母线单相接地，进而造成了一起220kV地区变电所全停事故。

迎水桥4号主变11204-1隔离开关的型号为GW7－220DW/1250A，沈阳高压开关厂1994年8月生产。

其中下柱支柱瓷绝缘子为抚顺电瓷厂1994年8月所生产，产品型号为ZSW-252/4，代号为2274；上柱支柱瓷绝缘子为唐山电瓷厂1994年4月生产，产品代号为2283。

2.支柱瓷绝缘子断裂事故后的检查和试验（1）对断裂支柱瓷绝缘子的检查断裂发生在11204－1隔离开关A相母线侧支柱瓷绝缘子下柱下法兰胶装部位，断裂情况如图1、图2所示。

图2 支柱瓷绝缘子的断裂情况图2 支柱绝缘子瓷件断面图3 法兰胶装面水泥胶合剂瓷件侧未见缓冲层图4 水泥胶合剂法兰侧未见沥青缓冲层经外观检查，瓷件断裂面呈现出不规则、不连续状态，但无陈旧性裂纹。

法兰内胶装水泥厚薄不均匀，最大相差达到了10mm。

支柱瓷绝缘子瓷件根部外露部位未见上砂。

瓷件内部边缘存在明显的青边现象，青边程青灰色，厚度约为10mm左右。

对下法兰边缘进行的检查情况如图3、图4所示，检查发现支柱瓷绝缘子瓷件和附件与水泥胶合剂接触部分表面未涂敷沥青缓冲层，在水泥胶合剂与瓷件界面上有上砂，但上砂极不均匀。

（2）同批次支柱瓷绝缘子的试验11204－1隔离开关A相母线支柱瓷绝缘子发生断裂后，电力科技教育工程院金属室会同供电局高试班，对该组隔离开关未断裂的其它8柱支柱瓷绝缘子进行了超声波探伤检测，未发现胶装面瓷件内部存在缺陷。

2008年3月26日，在国家绝缘子避雷器质量监督检验中心对其中3柱支柱瓷绝缘子进行了机械破坏负荷试验和孔隙性试验。

其中机械破坏负荷试验是按照绝缘子正常运行的状态，将上、下节元件组装后进行。

孔隙性试验则是对6节元件分别进行。

试验结果分别如表1、表2所示。

表1 机械破坏负荷试验结果样品编号破坏负荷值（kN）破坏部位1 2.73 下组件下附件上一大伞处瓷件损坏2 4.66 下组件下附件处瓷件损坏3 4.00 下组件下附件处瓷件损坏表2 孔隙性试验结果样品编号 1 2 3取样部位上节下节上节下节上节下节试验结果无渗透现象有严重渗透现象无渗透现象有渗透现象无渗透现象有严重渗透现象3.对检查和试验结果的分析（1）检查结果的分析1）无沥青缓冲层和埋砂对支柱瓷绝缘子机械性能的影响检查发现，断裂支柱瓷绝缘子瓷件和附件与水泥胶合剂接触部分表面未涂敷沥青缓冲层，同时还存在埋砂问题。

涂敷沥青缓冲层的目的是降低支柱瓷绝缘子胶装面的局部应力集中。

理论计算表明，沥青缓冲层对于降低温度导致的内应力作用非常明显。

上砂的目的是为了增加与法兰粘接的附着力，但出现埋砂现象，特别是上砂不均匀时，将会造成局部胶装部位局部应力的集中。

当支柱瓷绝缘子存在胶装水泥使用不当、沥青缓冲层过薄或没有，上砂工艺不良以及胶装面密封处理不良等问题时，在外部环境的影响下，容易出现端部局部应力集中，并造成电瓷材料产生微观裂纹，进而有可能导致支柱瓷绝缘子断裂故障的发生。

2）瓷件产生青边的原因及其对支柱瓷绝缘子机械性能的影响此次断裂的支柱瓷绝缘子瓷件边缘存在10mm左右的青边。

青边问题是原抚顺电瓷厂产品存在的普遍现象。

这主要是由于配方中采用了含铁较高的田师傅土和铝矾图原料，瓷质外沿受还原气份的影响呈青色或灰色。

该厂已于1995年开始研究无青边的中强度瓷配方，在工艺上采取减少还原气份的方法，并于1997年将此配方正式投产，现该厂的支柱瓷绝缘子断面青边现象基本消除。

山东省电科院曾委托有关研究单位对断裂瓷质进行过显微结构分析后，认为断裂瓷柱的断面边沿出现的灰环除了与配方有关外，还存在明显的过烧现象，主要表现为气孔大，气孔含量高，出现杂质孔、溶孔，瓷质中石英溶蚀严重，石英裂纹多，石英周围的玻璃相增多等缺陷。

这些缺陷均会对支柱瓷绝缘子机械性能产生严重的不利影响。

3）对瓷件断面状态的分析外观检查瓷件断裂面呈现出不规则、不连续状态，这表明某变11204－1隔离开关A相母线支柱瓷绝缘子的断裂可能不是突发性的，而是有一定的发展过程。

但断裂面无陈旧性裂纹，则表明这一过程持续时间并不长，因此周期性的超声探伤检测，对于此类缺陷能否及时捕捉，是值得怀疑的。

4）瓷件胶装的偏心问题由法兰内水泥胶装水泥层厚薄不均匀，其差值最大达到10mm，间接的反映出瓷件胶装存在偏心问题。

瓷件胶装的偏心与支柱瓷绝缘子的轴线直线度和上、下安装孔中心圆轴线间的最大偏移存在关联性。

支柱瓷绝缘子上、下安装孔中心圆轴线间最大偏移，以及轴线直线度的允许值，在国标GB 8287.1中有明确的规定。

同时GB/T 775.1规定了相应的测量方法。

上、下安装孔中心圆轴线间最大偏移和轴线直线度如果超标，肯定会对支柱瓷绝缘子的机械性能产生影响。

然而由于瓷件已经断裂，因此已无法对其进行测量，也就不能对支柱瓷绝缘子的断裂是否与瓷件胶装的偏心有关做出判断。

（2）对试验结果的分析1）机械破坏负荷试验送检的3柱支柱瓷绝缘子中，其中一柱的实际破坏负荷值仅为规定弯曲破坏负荷值的68.25%，另外一柱的实际破坏负荷值刚达到其规定弯曲破坏负荷值，还有一柱稍好一些，有16.5%弯曲破坏负荷裕度。

三柱支柱瓷绝缘子的断裂部位均在下节元件的下法兰附近。

这表明送检的三柱支柱瓷绝缘子中，抚瓷生产的三支下节元件中的两节，机械强度均明显偏低，且胶装部位存在应力异常集中的可能。

2）孔隙性试验孔隙性试验，又称吸红试验。

试验时，将由瓷件上取得的试块置于盛有品红溶液的特制容器中，施加压力不低于20×106Pa，持续时间(h)与压力(Pa)乘积不应小于180×106h·Pa。

试验完成后，取出试块，清洗后干燥，然后击碎，观察其新断面有无渗透现象。

如有渗透现象，则表明孔隙性试验结果不合格。

被送检的三柱六节元件的孔隙性试验结果表明，由唐瓷生产的三支上元件结果均合格，而抚瓷生产的三支下节元件的孔隙性试验均不合格，其中两支严重不合格，而这两支元件的机械强度明显偏低。

孔隙性试验反映了支柱瓷绝缘子的瓷件致密度，而瓷件的致密度与支柱瓷绝缘子的机械强度密切相关。

据一些电瓷制造厂介绍，导致支柱瓷绝缘子运行中断裂的一个重要原因是瓷件致密度不够，这些绝缘子能够耐受出厂时的逐个弯曲试验考核，但运行一段时间后即发生断裂。

断裂后进行的孔隙性试验不合格。

3）超声探伤检测此次送检的支柱瓷绝缘子，在某变支柱瓷绝缘子断裂事故发生后，均进行了超声探伤检测，但并未发现存在缺陷。

这说明对于内部确实存在裂纹、夹渣、气孔夹层等影响支柱瓷绝缘子机械强度的缺陷，通过超声探伤检测进行预防是一种比较有效的手段。

但对于因瓷件致密度不够，无沥青缓冲层或埋砂等易造成支柱瓷绝缘子应力集中的缺陷，当这些缺陷尚未产生裂纹，或产生的裂纹尚未达到探伤检测仪能够检测到的水平时，超声探伤是无能为力的。

而这些缺陷产生的裂纹如果快速发展，支柱瓷绝缘子可能会在下一轮超声探伤检测前发生断裂。

4.11204－1隔离开关A相母线支柱瓷绝缘子的断裂原因分析（1）制造质量不良是支柱瓷绝缘子发生断裂的主要原因根据对国网公司系统的支柱瓷绝缘子断裂故障的全面分析发现，支柱瓷绝缘子断裂故障往往是多种影响因素共同作用的结果，而大多数支柱瓷绝缘子断裂故障发生的主要原因是制造质量不良。

此次11204－1隔离开关A相母线支柱瓷绝缘子发生断裂的主要原因也是制造质量的问题。

无论是配方及过烧等原因导致的青边现象，还是法兰胶装中出现的无沥青缓冲层和埋砂问题都能反映出产品制造质量问题。

制造质量不良造成了支柱瓷绝缘子瓷件致密度不符合标准的规定，同时还造成了胶装部位的应力集中。

这些问题的存在导致了支柱瓷绝缘子机械性能的严重下降。

抚顺电瓷厂的类似事故在国内曾多次发生，一些事故还造成了人身死亡的严重后果。

2004年2月15日，北京电力公司变电公司检修人员张××在220kV老君堂变电站2212－2隔离开关检修时，因支柱瓷绝缘子突然折断落地，而导致被砸伤以至于死亡。

2004年12月9日，湖北电力公司荆州供电公司，在对某变电站220kV022GW6型隔离开关(沈阳高压开关厂1994年12月产品,编号9412045)进行改造时，拆除引线过程中，B相支柱瓷绝缘子下柱根部突然发生断裂，导致一人坠地身亡。

上述两起导致人身死亡的支柱瓷绝缘子均为抚顺电瓷厂的产品。

据统计截至2005年3月，国家电网公司系统至少有230441支产自抚顺电瓷厂的支柱瓷绝缘子在运，约占国家电网公司在运支柱瓷绝缘子总数的27.4%。

同期，国家电网公司系统至少有66支产自抚顺电瓷厂的支柱瓷绝缘子发生了断裂事故，其故障支柱瓷绝缘子数量占到了国家电网公司系统故障支柱瓷绝缘子总数的接近50%，远高于该厂支柱瓷绝缘子在国家电网公司系统内的在运率。

据山东省电力研究院于1999年所做的调研，抚顺电瓷厂生产的代号为2274的110kV防污型支柱瓷绝缘子和2274＋2283或2274＋2284的220kV防污型支柱瓷绝缘子在山东省发生过多次断裂。

11204－1隔离开关支柱瓷绝缘子的产品代号即为2274＋2283。

据统计，抚顺电瓷厂的断裂支柱瓷绝缘子，运行时间最短的不到1年，多数断裂支柱瓷绝缘子的运行时间在5年到15年之间。

按投运年份统计，抚顺电瓷厂发生断裂故障的支柱瓷绝缘子最早投运于1979年，至1990年这一阶段，历年投运的支柱瓷绝缘子断裂故障数量还比较少，1991年至1995年期间投运的支柱瓷绝缘子，断裂故障数量明显增多，1991年投运的支柱瓷绝缘子故障数量为7支，约占抚瓷当年投运支柱瓷绝缘子数量的1.49‰；1994年投运的支柱瓷绝缘子故障数量达到15支，约占抚瓷当年投运支柱瓷绝缘子数量的1‰；1995年断裂故障支柱瓷绝缘子数量虽然减少至12支，但依然占到抚瓷当年投运支柱瓷绝缘子数量的1.26‰。

抚瓷从1996年以后，所投运的支柱瓷绝缘子断裂故障数量开始逐年减少，但完全未能杜绝。

电瓷制造业属于劳动密集型产业，大部分制造厂的生产实际上还是半手工作业方式。

产品的工序多，中间环节多，质量控制点多。

电瓷产品的原料、配方、生产工艺、生产流程及出厂检验等因素都对产品的质量有显著的影响。

甚至生产过程中，员工的情绪都会影响到产品的质量。

而这些原因所带来的质量问题往往是潜在的，用户很难了解，但有可能在运行中突然爆发，对电网的安全运行和人身安全构成威胁。