-送電線路絕緣子的運(yùn)行常見故障及成因分析

8/8送電線路絕緣子的運(yùn)行常見故障及成因分析在送電線路上采用的絕緣子，按電介質(zhì)材料分為瓷、玻璃、有機(jī)合成絕緣子3種類型。在長期的運(yùn)行中，絕緣子會受到雷擊、污穢、鳥害、冰雪、高濕、溫差等環(huán)境因素的影響;在電氣上要承受強(qiáng)電場、雷電沖擊電流、工頻電弧電流的作用；在機(jī)械上要承受長期工作荷重載、綜合荷載、導(dǎo)線舞動等機(jī)械力的作用。綜合分析3種類型絕緣子的運(yùn)行性能及特點(diǎn)，研討絕緣子在運(yùn)行中出現(xiàn)的問題及解決措施，對于提高線路運(yùn)行的可靠性是很有必要的。一、絕緣子材質(zhì)瓷和玻璃均為硅酸鹽材料。瓷是由石英砂、粘土和長石等原料經(jīng)過球磨、制漿、煉泥、成形、上釉并燒結(jié)成的。泥坯經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成一種多晶體，其顯微結(jié)構(gòu)由多晶體、玻璃相和氣孔組成,是一種非均質(zhì)材料。玻璃是由石英砂、白云石、長石、石灰石和化工原料經(jīng)過高溫熔融成液體后冷凝而成的一種均質(zhì)的非晶體。有機(jī)復(fù)合絕緣子的硅橡膠傘盤為高分子聚合物,芯棒為引拔成型的玻璃纖維增強(qiáng)型環(huán)氧樹脂棒.瓷絕緣子和玻璃絕緣子是由鐵帽、鋼腳和絕緣件用高標(biāo)號水泥膠裝成一體。有機(jī)合成絕緣子是由硅橡膠傘裙、芯棒和端部金具構(gòu)成一體.有機(jī)合成絕緣子與瓷絕緣子和玻璃絕緣子相比較，具有制造工藝簡單的特點(diǎn)。二、絕緣子的運(yùn)行性能及分析1、雷擊閃絡(luò)在采用瓷、玻璃絕緣子的輸電線路中,雷擊故障約占故障總數(shù)的50%左右;在全國有機(jī)合成絕緣子的故障統(tǒng)計(jì)中,雷擊故障約占５5％左右。雷擊故障次數(shù)與雷電活動次數(shù)成正比，主要發(fā)生在雷電活動頻繁的地區(qū).根據(jù)運(yùn)行情況有些人認(rèn)為，與瓷、玻璃絕緣子相比較,有機(jī)合成絕緣子的耐雷性能較差.特別是在110kV及以下電壓等級的輸電線路中顯得較為突出。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在發(fā)生雷電閃絡(luò)后,凡有機(jī)合成絕緣子兩端均配置有均壓環(huán)的，絕緣子表面仍保持完好，僅有局部傘裙發(fā)白；而僅只在導(dǎo)線端安裝了均壓環(huán)的，有的傘裙燒損嚴(yán)重，塔側(cè)的金具也被燒蝕；而兩端均沒裝均壓環(huán)的，則兩端金具及傘裙均有燒蝕現(xiàn)象，需要更換。對有機(jī)合成絕緣子的憎水性試驗(yàn)進(jìn)一步說明，遭雷擊閃絡(luò)但無燒損的絕緣子仍保持較好的憎水性,但有明顯燒蝕痕跡絕緣子的憎水性能則大大降低,意味著其耐污閃能力也將大大降低。因此,綜合考慮耐雷水平和絕緣子的保護(hù)這兩個(gè)方面，不應(yīng)該僅為不降低耐雷水平而取消均壓環(huán),而應(yīng)該適當(dāng)增加絕緣子高度,特別是在雷電活動密集區(qū)和雷電易擊點(diǎn),所使用的合成絕緣子更應(yīng)適當(dāng)加長,使裝配均壓環(huán)后的空氣間隙及放電距離不會減小.裝設(shè)均壓環(huán)的另一個(gè)好處是使絕緣子串的電場分布更趨均勻，不僅可減緩在長期工作電壓下，因局部高場強(qiáng)引發(fā)局部放電而造成絕緣子的老化或劣化，而且在同一放電距離下,可因電場均勻使放電電壓提高，從而提高雷擊閃絡(luò)電壓。從運(yùn)行及試驗(yàn)情況來看,均壓環(huán)的結(jié)構(gòu)及加工狀況對放電電壓也有一定影響，均壓環(huán)局部有尖端或因結(jié)構(gòu)不合理形成局部的高場強(qiáng)也會起到降低雷擊放電電壓的作用;有機(jī)合成絕緣子的雷擊閃絡(luò)大多可重合成功，這是因?yàn)橛袡C(jī)合成絕緣子屬不擊穿結(jié)構(gòu)，當(dāng)放電在空氣中發(fā)生時(shí)，不會對絕緣性能產(chǎn)生不可逆影響，屬可恢復(fù)性絕緣;而瓷絕緣子在雷擊放電時(shí)可能發(fā)生內(nèi)擊穿，嚴(yán)重時(shí)可能在強(qiáng)大的工頻電弧電流作用下發(fā)生爆炸,這種情況屬不可恢復(fù)性絕緣。另需說明的是：有機(jī)合成絕緣子的防污性能是源于其外絕緣材料的特性,防雷性能則與外絕緣材料無關(guān),只與其兩端間隙距離及電極開狀有關(guān),距離越大，電場越均勻，其雷擊放電水平就越高。2、鳥害閃絡(luò)在絕緣子正上方的橫擔(dān)及金具上棲立飛鳥時(shí)，可能因鳥糞形成鳥害閃絡(luò)。這種閃絡(luò)通常是絕緣子表面爬電及空氣放電的一種混合閃絡(luò)。鳥糞短接部分空氣間隙并降低絕緣子局部表面的外絕緣性能，造成絕緣子串的絕緣性能下降。鳥害閃絡(luò)一般可從絕緣子表面的鳥糞殘跡及地面的鳥糞痕跡來進(jìn)行分析。對鳥害閃絡(luò)，可在絕緣子串正上方的橫擔(dān)上安裝鳥刺，防止鳥糞直接落在傘裙的上方,也可在上端第一片裝大裙絕緣子,防止鳥糞直接橋接絕緣子傘裙。在采用瓷、玻璃、有機(jī)合成絕緣子的線路中，鳥害引起的閃絡(luò)均占有相當(dāng)比例。在有機(jī)合成絕緣子的閃絡(luò)故障統(tǒng)計(jì)中，鳥害造成的閃絡(luò)僅低于雷擊閃絡(luò),居第二位;與瓷絕緣子、玻璃絕緣子串相比，由鳥害造成的合成絕緣子閃絡(luò)率較高。其原因可能是：①有機(jī)合成絕緣子的傘間距較小，在鳥排便的瞬間,易于形成鳥糞的橋接，從而發(fā)生傘裙間飛弧短接現(xiàn)象。②有機(jī)合成絕緣子的傘裙是柔性材料，大鳥糞便在重力作用下墜落時(shí)，易于全部順傘裙邊緣落下,不易反彈和飛濺；而瓷和玻璃屬剛性材料，由于反彈和飛濺可以減少落下的鳥糞量,甚至阻斷鳥糞對傘裙的橋接。因此，可以說有機(jī)合成絕緣子鳥糞閃絡(luò)率較高是與其本身的結(jié)構(gòu)及材料特點(diǎn)有一定關(guān)系的。3、絕緣子污閃及憎水性有機(jī)合成絕緣子具有污閃電壓高的優(yōu)點(diǎn).在同樣的爬距及污穢條件下,其污閃電壓明顯高于瓷絕緣子和玻璃絕緣子。原因是硅橡膠傘裙表面為低能面,它具有良好的憎水性，而且硅橡膠材料的憎水性還具有遷移性.通過遷移，到污穢層表面使其也具有了憎水性，污穢層表面的水分以小水珠的形式出現(xiàn)，難以形成連續(xù)的水膜，在持續(xù)電壓的作用下不會像瓷、玻璃絕緣子那樣形成集中而強(qiáng)烈的電弧,表面不易形成集中的放電通道，從而具有較高的污閃電壓。另外,有機(jī)合成絕緣子桿徑小，在同樣的臟污條件下，其表面電阻比瓷、玻璃絕緣子要大.一般來說，表面電阻越大,污閃電壓也越高。此外，與瓷、玻璃絕緣子下表面?zhèn)憷馐浇Y(jié)構(gòu)不同,有機(jī)合成絕緣子傘裙的結(jié)構(gòu)和形狀也不利于污穢的吸附及積累，而且有機(jī)合成絕緣子不需要清掃積污，有利于線路的運(yùn)行維護(hù)。但是，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：有機(jī)合成絕緣子耐污閃能力強(qiáng)并不等于不會污閃，造成污閃的原因是表面快速積污或積污過多造成憎水性難以遷移、氣候環(huán)境等外因造成絕緣子憎水性減弱或暫時(shí)喪失、硅橡膠材料老化造成憎水性及污閃性能下降等.試驗(yàn)及運(yùn)行中均已發(fā)現(xiàn)有機(jī)合成絕緣子在長期受潮后，如在連續(xù)雨霧的氣候條件下，硅橡膠的表面憎水性能有程度不同的下降，有的絕緣子甚至?xí)簳r(shí)喪失憎水性能，造成漏電增大，污閃性能明顯降低。在外部連續(xù)雨、霧等潮濕條件消失后憎水性會逐漸恢復(fù)。影響有機(jī)合成絕緣子憎水性能恢復(fù)的主要因素有:①傘裙的硅橡膠材料配方不同,其憎水恢復(fù)率也不同,性能良好的硅橡膠材料其憎水性恢復(fù)速率快，性能較差的硅橡膠材料其憎水性恢復(fù)速率慢，污層表面憎水性遷移的速率也較慢。對不同廠家生產(chǎn)的絕緣子進(jìn)行憎水性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不同絕緣子的憎水性、憎水遷移性及憎水性恢復(fù)速率均有一定差異,甚至有的廠家新絕緣子的憎水性僅達(dá)到瑞典輸電研究所推薦的憎水性分類等級的4級水平，這說明硅橡膠材料配方及加工工藝是影響憎水性及其恢復(fù)的一個(gè)重要因素.②合成絕緣子連續(xù)受潮的時(shí)間越長,恢復(fù)憎水性所需時(shí)間越長.③環(huán)境溫度低，憎水性恢復(fù)較慢;環(huán)境溫度高，則憎水性恢復(fù)較快。④絕緣子表面粗糙度高的，憎水性恢復(fù)較慢。運(yùn)行時(shí)間長的舊絕緣子比新絕緣子憎水性恢復(fù)慢，材料的老化亦會影響憎水性的恢復(fù)。⑤發(fā)生閃絡(luò)后且有一定燒痕的絕緣子，其憎水性恢復(fù)明顯減慢。雖然在試驗(yàn)中仍然可能通過各項(xiàng)電氣試驗(yàn)，但在一定的氣候條件下，特別是濕度大、溫度低的氣候環(huán)境下,閃絡(luò)的概率明顯增大。因此,有機(jī)合成絕緣子在一定的氣候條件下，發(fā)生污穢閃絡(luò)是完全有可能的。但是，從全國線路污穢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，與瓷、玻璃絕緣子相比,有機(jī)合成絕緣子由污閃造成的故障次數(shù)要明顯低得多。4、絕緣子的劣化及檢測有機(jī)合成絕緣子的故障率較國產(chǎn)瓷絕緣子的劣化率及玻璃絕緣子的自爆率低，國產(chǎn)瓷絕緣子的年劣化率約為千分之一，玻璃絕緣子的自爆率約為萬分之幾。目前，從運(yùn)行情況來看，有機(jī)合成絕緣子的運(yùn)行可靠性較瓷、玻璃絕緣子好，但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，有機(jī)材料的老化劣勢將逐步突出。其原因：一是傘裙材料的老化將會降低防污性能及電氣絕緣性能.二是芯棒多年運(yùn)行后因其蠕變特性將降低機(jī)械強(qiáng)度并暴露出端部金具連接中的問題，而且由于國內(nèi)不少產(chǎn)品是楔接式,在長期的運(yùn)行中可能出現(xiàn)微量滑移，使密封膠開縫，在金具端部強(qiáng)電場的作用下，導(dǎo)致加速老化.此外，玻璃絕緣子具有零值自爆的特性.自爆原因:一是來自制造過程中玻璃中的雜質(zhì)和結(jié)瘤。二是運(yùn)行中玻璃絕緣子的污穢層表面受潮后，在工頻電壓作用下會發(fā)生局部放電.所以,在污穢嚴(yán)重地區(qū)運(yùn)行的玻璃絕緣子其自爆率會有所增高。但是，玻璃絕緣子的自爆率不同于瓷絕緣子的劣化率和有機(jī)合成絕緣子的老化率。玻璃絕緣子的自爆率屬早期暴露,隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，自爆率呈逐年下降趨勢；瓷絕緣子的劣化率屬后期暴露,隨著時(shí)間延長，在機(jī)電聯(lián)合負(fù)荷的作用下，其劣化率會逐漸增加;有機(jī)合成絕緣子由于有機(jī)材料本身的老化特性，其老化率及劣化率隨著時(shí)間會增大。國外專業(yè)人士一般認(rèn)為,玻璃絕緣件和瓷絕緣件的老化壽命為50年左右，而有機(jī)合成絕緣子的老化壽命不超過25年.但是，玻璃絕緣子有缺陷時(shí)傘裙自爆，只要堅(jiān)持周期性的巡檢，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更換。目前,有機(jī)合成絕緣子的在線檢測還缺乏適當(dāng)?shù)臋z測裝置及方法，在國內(nèi)外都是一個(gè)正在研究的課題.由于有機(jī)合成絕緣子是棒型結(jié)構(gòu)，一旦失效,對線路的影響將大于由多個(gè)絕緣子組成的絕緣子串。５、機(jī)械強(qiáng)度機(jī)電破壞負(fù)荷試驗(yàn)是檢測絕緣子運(yùn)行特性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。機(jī)電破壞負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果差的產(chǎn)品，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長,其機(jī)械強(qiáng)度會呈現(xiàn)逐漸降低趨勢。對在線路上運(yùn)行年限不同的瓷絕緣子、玻璃絕緣子進(jìn)行機(jī)電性能對比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)部分瓷絕緣子在運(yùn)行15～25年后,試驗(yàn)值已低于出廠試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值，不合格率隨運(yùn)行年限增加。而玻璃絕緣子的穩(wěn)定性和分散性要好于瓷絕緣子.其原因:一方面是因?yàn)閲a(chǎn)瓷絕緣子廠家較多，由于材質(zhì)及制造工藝等方面的因素,造成質(zhì)量分散性大。另一方面，由于瓷質(zhì)燒結(jié)體是不均勻材料，在長期的運(yùn)行過程中受各種機(jī)械沖擊力、振動力的作用,可能對瓷體造成損傷，導(dǎo)致機(jī)械性能下降.有機(jī)合成絕緣子在運(yùn)行若干年后取下進(jìn)行機(jī)械強(qiáng)度試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)程度不同的存在機(jī)械強(qiáng)度下降的問題。有的是芯棒在額定機(jī)械負(fù)荷下出現(xiàn)滑移，有的是芯棒從端部金具中脫出,有的是出現(xiàn)斷裂。分析其原因：一是由于端部聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)和工藝存在問題。二是由于芯棒蠕變特性及材料老化。因此，生產(chǎn)單位應(yīng)在金屬端頭與芯棒的聯(lián)結(jié)工藝上嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)。同時(shí)對于運(yùn)行中有機(jī)合成絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)采取定期監(jiān)測措施，結(jié)合運(yùn)行年限的長短,比較機(jī)械強(qiáng)度的下降速率，防患于未然。６、不明原因閃絡(luò)在送電線路的運(yùn)行故障中,有一部分屬不明原因閃絡(luò).不明原因閃絡(luò)在瓷、玻璃、有機(jī)合成絕緣子中均有發(fā)生.所謂不明原因閃絡(luò)，主要是指閃絡(luò)狀況、類型、原因等難以準(zhǔn)確分析及判明。有機(jī)合成絕緣子之所以不明原因閃絡(luò)比例較高，其原因：一是在絕緣子上閃絡(luò)痕跡不明顯,難以準(zhǔn)確巡檢出故障絕緣子及故障位置。二是發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)位置后,將線路上的有機(jī)合成絕緣子拆下進(jìn)行各項(xiàng)電氣試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果表明各項(xiàng)電