套管和绝缘子故障诊断

套管和绝缘子故障诊断

一、绝缘子运行状态分析

在运行中，绝缘子承受着工作电压和各种过电压的作用，承受着绝缘子自重、导线重量、覆冰重量、风力、震动力以及系统运行中的电磁、机械力，其工作条件通常是非常恶劣的，所以一个好的绝缘子应该具有热稳定、耐放电、耐污秽、抗拉、抗弯、抗扭、耐振动、耐电弧、耐泄漏、耐腐蚀等性能。绝缘子在电力系统中数量极大，一条近代超高压输电线路上所用的绝缘子可能达上百万个。

按击穿类型可将绝缘子分为“不击穿”型和“可击穿”型。通常将击穿距离与闪络距离之比小于1/2的绝缘子作为可击穿型。考虑绝缘子的滑闪放电特性，又可分为“不滑闪”型和“可滑闪”型。绝缘子表面上的电力线基本上与表面平行或相切的属于“不滑闪”型，而“可滑闪”绝缘子的法线分量和切线分量同时存在。

传统的用于制造绝缘子的材料是高压电瓷，它具有绝缘性能和化学性能稳定的特点，并具有较高的热稳定性和机械强度。后来发展了玻璃、钢化玻璃、高碱玻璃、浇注环氧树脂作为绝缘子的绝缘材料。硅橡胶有机绝缘子近年来得到了飞速发展，现在已经开始用于500kV高压输电线路中。

绝缘子性能主要由电气性能、机械性能、热性能和抗老化性能等决定。绝缘子的电气性能主要包括绝缘子闪络特性、各种过电压下的电气性能、绝缘子的污秽闪络特性、油中工频击穿电压特性；绝缘子的机械性能主要包括抗弯强度；绝缘子的热性能主要包括其冷热性能。

《规程》规定，用2500V兆欧表测量绝缘电阻时，多元件支柱绝缘子和每片悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于300MΩ。500kV悬式绝缘子的绝缘电阻不低于500MΩ。

而对于绝缘子的交流耐压实验，各级电压的支柱绝缘子和悬式绝缘子的交流耐压试验电压标准见表11-3和表11-4。按试验电压标准耐压1min，在升压和耐压过程中不发生跳弧为合格。对运行中的35kV变电所内的支柱绝缘子，可以连同母线进行整体耐压，试验电压为100kV，时间为1min，耐压完毕后，必须测量各胶合元件的绝缘电阻，以检出不合格的元件。对于穿墙套管绝缘子，应根据实际状态进行加压。对变压器出线套管，如系35kV电压等级，试验时套管内应充满油，下半部应浸入绝缘油中再加压。

表11-3 支柱绝缘子的交流耐压试验标准（kV）

表11-4 悬式绝缘子的交流耐压试验标准

二、套管运行状态分析

高压套管主要用在高压载流导体需要穿过与其电位不同的金属箱壳或墙壁处，通常按绝缘结构和主绝缘材料的不同，将高压套管分为单一绝缘套管（纯瓷套管、树脂套管）、复合绝缘套管（充油套管、充胶套管、充气套管）、电容式套管（油纸电容式套管、胶纸电容式套管）等；按用途不同可分为穿墙套管和电器套管，其中电器套管又按具体配套对象分为变压器、互感器、断路器套管。

纯瓷套管内部采用空气腔或被短路的空气腔绝缘结构，为了克服滑闪常在法兰附近设置大伞裙并涂覆导电层，以均匀电场；充油套管其径向是用变压器油绝缘，瓷套起径附加绝缘和外绝缘作用，；电容式套管由电容芯子、瓷套、连接套筒和固定附件组成，电容芯子是套管的主绝缘，瓷套是外绝缘和保护芯子的密闭容器。油纸电容芯子是用电缆纸和油作绝缘，胶纸电容芯子是有酚醛树脂或环氧树脂涂覆纸作绝缘，电极一般用铝箔或金属化纸。电容芯子两端加工成阶梯状或锥形，并全部浸在变压器油中。高压电容式套管设有介质损耗测量端子，用小瓷套从末屏（电容芯子最外层电极）引出，运行时接地。

套管式结构是一种容易发生滑闪放电的绝缘结构。为了提高套管的闪络电压，必须采取防止滑闪的措施，改善电场分布。瓷套形外绝缘套管，其放电性能要求与一般绝缘子相同；内绝缘套管是一个电场比较复杂的电容芯子，其热稳定性、耐局部放电性能至关重要。

电容型套管绝缘电阻测量结果应满足：导电芯对抽压端子或测量端子间的绝缘电阻不小于10000MΩ，抽压端子和测量端子间的绝缘电阻不小于1000MΩ，测量端子对法兰的绝缘电阻应不小于1000MΩ。

套管的耐压试验标准见表11-5，试验时间为1min。若试验中该套管无放电现象，内部无击穿响声，仪表指示稳定，则认为合格，试验时允许套管上部有电晕现象。

表11-5 套管的交流耐压试验标准（kV）

《规程》规定20℃时tanδ值（%）不应大于表11-6的规定值。

末屏对地绝缘电阻小于1000MΩ时，测量末屏对地的tanδ值，且不大于2%。电容型套管电容值与出厂值或上一次测量值相比超过±5%时要查明原因。在测量套管介质损耗角正切时，可以同时测得其电容值，其允许偏差为±5%。当套管受潮或电容套管中的一层或数层电容短路时，测得的电容值将增大，此时应查明原因，作出正确分析。

规定值（%）

表11-6 高压套管在20℃时的tan

通常绝缘材料的老化大多是电的、机械的、热的、环境方面等各种主要因素复杂地交叉作用而引起的，因此呈现的老化也是多种多样的。这些异常现象都是能在维护检查时发现，为了事先预防事故而应列为检查的重要项目。

1、龟裂

在发现瓷绝缘子、绝缘套管及环氧树脂制品上有龟裂的情况，无论从电气性能还是机械性能方面说，都是有危险的，必须尽快更换。局部的裙边缺损或凸缘缺损，虽然不一定会引起事故，但由于会扩展成龟裂，所以应及时早日更换为好。

对于瓷制的和高分子材料制的绝缘子和绝缘套管来说，发生龟裂的原因有下列几方面：

1)瓷绝缘子、绝缘套管龟裂的原因

（1）瓷件表面和内部存在着制造过程中产生的微小缺陷，因反复承受外力等作用，使其受到机械应力，然后发展出现龟裂、裙边断裂等。

（2）过电压或污损引起的闪络，使瓷件受到电弧、局部过热而引起破坏。

（3）绝缘子上涂敷硅脂，一般是作为防污损的措施。当长时间不重涂硅脂而继续使用时，会因硅脂的老化产生漏电流和局部放电，以及发生瓷绝缘子表面釉剂的剥落，裙边缺损和裂缝。

（4）由于紧固金具过紧，使瓷件的某些部位上受到过大的应力。

（5）由于操作时的疏忽，使绝缘子受到意外的外力打击或投石等外力破坏等原因引起损伤。

（6）使用于设备上的瓷套，如内部设备配合不好，有时会引起瓷套间接性的破坏。

2)高分子材料的绝缘子、套管龟裂的原因

（1）制造过程中材料固化收缩时产生的残留内应力会引起龟裂。

（2）设备在反复运行、停运的过程中造成的热循环，会因不同材料热膨胀系数的差别，而使制品受到循环热应力，从而引起埋入树脂中的金属剥离和发生龟裂。

（3）由于长期运行中绝缘材料机械强度下降或是反复应力引起的疲劳，也会发生龟裂。