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一起220kV架空輸電線路雙傘型瓷絕緣子炸裂故障分析

作者: 百度百科 來源: 百度百科 時間:2018年03月16日
  國網安徽省電力公司電力科學研究院、國網安徽省電力公司的研究人員夏令誌、程登峰等,在2017年第9期《電氣技術》雜誌上撰文,針對某220kV架空輸電線路雙傘型瓷絕緣子炸裂故障事件,抽取故障批次絕緣子進行試驗分析,主要試驗項目包括溫度循壞試驗、工頻擊穿耐受試驗、機電破壞負荷試驗和孔隙性試驗。
  結果顯示該批次絕緣子3隻樣品中有2隻機電破壞負荷試驗不合格,實測機電破壞負荷值遠低於額定值,破壞形式均表現為瓷件斷裂,表明絕緣子質量存在問題。建議對該批次絕緣子進行更換,加強瓷絕緣子的入網、施工驗收檢測,並定期開展零值檢測工作,及時更換零值、低值絕緣子。
  瓷絕緣子在架空輸電線路中大量使用,相比玻璃和複合絕緣子,其應用條件更加廣泛,在安徽電網架空輸電線路中的使用比例約40%。瓷絕緣在長期運行過程中,受機電負荷、環境變化、汙穢放電及外力作用等各種因素影響,可能出現鋼帽腐蝕、鋼帽開裂、瓷件開裂等現象[。
  其中,以瓷件劣化為常見,由於瓷絕緣子由瓷件、鐵帽、鋼腳用水泥膠合劑組裝而成,三者膨脹係數的不同,在線路上長期運行下,因吸濕及冷熱變化會產生內部應力和疲勞效應,若瓷件工藝或膠裝質量差,則會逐步暴露出它的內在缺陷,導致瓷件產生裂紋,發生劣化,出現零值或低值,在雷擊、覆冰、汙穢放電和過電壓等情況下,可能引起閃絡、炸裂甚至斷串、掉線事故。
  本文針對近期某220kV架空輸電線路雙傘型瓷絕緣子炸裂的故障,對相同廠家、型號、批次的絕緣子進行試驗分析,主要試驗項目包括溫度循壞試驗、擊穿耐受試驗、機電破壞負荷試驗和孔隙性試驗等,測試了電氣、機械性能,分析得到了故障原因,並提出了應對措施。
  1.故障概況
  2017年1月26日9點20分,安徽電網某220kV輸電線路B相故障,跳三相(重合閘停用),故障後巡視發現該線路92#塔B相(中相)雙跳線串中的一串掉落,另一串未掉落(相同廠家、型號、批次),見圖1所示。故障時段天氣情況為晴天,氣溫在4℃~14℃間,西南風,風力1-2級,故障杆塔周圍環境為平原草地。
  圖1 故障現場圖片
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  根據故障杆塔中相吊串掛點放電痕跡與故障錄波圖判斷,絕緣子掉串前導線對橫擔絕緣子掛點處發生了放電,導致跳閘。檢查發現絕緣子金具連接正常,排除金具故障導致掉串的原因。收集故障串的殘餘瓷件和金具,發現大部分瓷件本體炸裂嚴重,鋼帽均沒有開裂。
  對故障串殘餘絕緣子進行外觀檢查,發現多片絕緣子鋼帽內部、鋼腳與瓷件連接處放電痕跡明顯(圖2-圖3),鋼帽內部基本沒有瓷件,僅存在殘存水泥。
  圖2 絕緣子鋼腳頂端放電痕跡
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  圖3 絕緣子鋼帽內部放電痕跡
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  故障串絕緣子型號為U70BP雙傘型防汙瓷絕緣子,單串15片,絕緣子主要技術參數見下表1.
  表1 故障絕緣子主要參數表
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  2.絕緣子試驗與結果分析
  該線路杆塔地處偏僻,為輕度汙穢地區,故障時段天氣晴好,未出現落雷情況,檢查故障絕緣子殘餘瓷件表麵未發現汙閃痕跡,可排除汙穢、雷擊、覆冰等外部因素導致的絕緣子故障,初步推斷本次故障是由於絕緣子本身存在問題,導致多片絕緣子劣化,內部絕緣遭受破壞後短路放電。
  2.1 絕緣子試驗
  為進一步確認故障原因,對該杆塔另一跳線串取樣7片進行試驗分析。將樣品分別編號,並分為E1和E2兩組,其中,E1組包括1#-4#四片樣品,E2組包括5#-7#三片樣品,主要試驗項目參照標準[8]開展,具體如下表2所示。
  表2 主要試驗項目
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  試驗過程和結果如下:
  1.溫度循環試驗
  將E1和E2組絕緣子迅速而完全的浸入到溫度比後麵試驗用的冷水溫度高70K的熱水中,並在此溫度下保持15min.然後取出試品,並不經過中間容器而完全浸入到冷水中,保持15min,從熱水到冷水轉換時間不超過30s.循環3次後應經受1min工頻耐受試驗,檢查絕緣子,7片樣品均沒有可見損壞。
  2.工頻擊穿耐受試驗
  將E1組樣品逐個浸入絕緣油中,絕緣子上下端麵之間施加工頻電壓,逐漸升至額定擊穿電壓120kV,樣品均未發生擊穿。
  3.機電破壞負荷試驗
  將E2組樣品逐個施加濕工頻耐受電壓,並同時在金屬附件之間施加拉伸負荷。在整個試驗中保持該電壓。拉伸負荷平穩、迅速地從零增加到規定機電破壞負荷的75%,然後在15s-45s時間內逐步增加到規定破壞負荷為止,試驗結果如下表3所示。
  表3 E2組樣品機電破壞負荷試驗結果
  由上表可見,5#和7#樣品機電破壞負荷試驗均不滿足要求,其中,5#絕緣子未達到75%額定機電破壞負荷破壞就發生了破壞。樣品的破壞形式均表現為瓷件斷裂,斷裂部位發生在瓷體與鋼帽粘接處,表明瓷件本體和水泥膠裝質量存在問題,見下圖4所示。
  圖4、5樣品機電破壞負荷試驗不合格照
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  4.孔隙性試驗
  將經破壞試驗後的E1組和E2組樣品浸入壓力20MN/m2的1%品紅酒精溶液中,保持時間9小時,然後將樣品從溶液中取出,洗滌、幹燥,接著再敲碎,每片樣品取瓷4塊,檢查新敲碎的表麵,均未發現染色滲透。
  2.2 試驗結果分析
  通過對相同廠家、型號、批次、運行環境的絕緣子抽樣試驗分析,可以得出該批次絕緣子瓷件本體和水泥膠裝質量存在問題,機電性能差。故障串絕緣子在長期承受機電負荷、冷熱變化、日曬雨淋的條件下,多片絕緣子內部發生劣化,出現零值或低值,終導致內部絕緣被擊穿,短路放電造成瓷件炸裂。
  3.結論
  1.本次瓷絕緣子炸裂故障的主要原因是絕緣子本身質量問題,電瓷的生產工藝、水泥膠裝質量是導致瓷絕緣子劣化的重要因素。
  2.該批次瓷絕緣子存在質量問題,建議對該批次絕緣子逐步進行更換;同時,加強瓷絕緣子的入網檢測,不合格的產品禁止使用,瓷絕緣子安裝前應逐個測量絕緣電阻,不滿足標準[9]要求的禁止使用。
  3.運行瓷絕緣子長期處於機械、電氣和外部惡劣環境的作用下會逐漸發生老化,建議線路運維單位使用火花間隙法或紅外成像法[10-11]按期開展瓷絕緣子測零工作,及時更換零值、低值絕緣子,避免絕緣子劣化後導致的炸裂掉串故障。
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