500kV神侯Ⅰ回線復合絕緣子芯棒脆斷事故分析

鄒劭峰 張憲文

【摘 要】本文通過對高壓輸電線路復合絕緣子斷裂機理及斷裂特征的分析，以500kV神侯Ⅰ回線195#中相復合絕緣子斷串事故為例分析了事故原因，并提出了高壓輸電線路復合絕緣子在應用及運行維護等環節的意見和改進措施。

【關鍵詞】高壓輸電線路；復合絕緣子；芯棒；硅橡膠；斷裂機理

【中圖分類號】F407.61【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0440-01

1 引言

復合絕緣子在高壓輸電線路中的應用越來越普及，國外在20世紀70年代開始試用，目前大部分國家和地區在高壓和超高壓輸電線路中已普遍使用，本文以500kV神侯Ⅰ回線195#中相復合絕緣子斷串事故為例，對高壓輸電線路復合絕緣子的斷裂原因進行了分析探討，以期為復合絕緣子的安全運行提供依據。

2 復合絕緣子斷裂機理

2.1 復合絕緣子基本特性及脆斷特征

復合絕緣子的結構形式很多，但基本上由芯棒、傘盤、金屬端頭（帽窩或碗頭）等幾部分組成。其中芯棒根據生產廠家不同而材質略有區別，但大多基于以下四種材料：①E型玻璃纖維，普通環氧樹脂芯棒。（不耐酸堿，？ b=600-800Mpa）；②E型玻璃纖維，改性型環氧樹脂芯棒（耐酸性能不良，抗拉強度？b=600-800Mpa）；③ECR型耐酸玻璃纖維，改性型環氧樹脂芯棒（耐酸堿，抗拉強度？b>1000Mpa）；④ECR改性型耐酸高溫芯棒（耐酸、耐高溫，抗拉強度？b=1000Mpa以上）。在復合絕緣子中，存在兩個界面：（1）傘裙護套---芯棒粘接界面；（2）密封膠---金具粘接界面。上述二個界面的粘接質量，是復合絕緣子產品質量和使用壽命的關鍵，如果護套與芯棒界面粘接不良，運行一段時間后，界面開裂，產生空隙，在高壓電場下，就會產生局部放電，引起內絕緣破壞及芯棒材料局部老化斷裂，密封膠和金具粘結不良，會使潮氣浸入芯棒界面，潮氣在高壓電場下，顯示弱酸性，長期侵蝕芯棒及界面，會造成復合絕緣子脆斷和軸向擊穿。

2.2 復合絕緣子斷裂的主要原因

有資料表明，長時間酸蝕是造成芯棒脆斷的重要原因。酸的來源有兩種：一是復合絕緣子高壓端部電場強度較高，電暈嚴重，空氣在電場的作用下電離，產生氮離子與空氣中的水結合生成弱硝酸；二是酸雨，尤其在酸雨嚴重的重污染區。這些弱酸通過端部密封部分直接與芯棒接觸，或者沿著復合絕緣子裂紋漫漫滲透，芯棒主要承受拉力的材料是玻璃纖維，由于玻璃纖維對酸性物質較為敏感，在其作用下變脆，形成脆斷層，隨著時間的推移，脆斷層不斷增大，芯棒有效面積減少，酸雨對玻璃纖維不斷進行腐蝕。芯棒在弱酸的長期作用下發生斷裂，待斷裂面積達到整個截面的相當比例時，余下部分承受不住導線的重量而發生斷裂，伴隨著拉絲現象產生復合絕緣子脆斷。通常在復合絕緣子的生產、運輸、安裝過程中，難免有復合絕緣子端部密封不良或損傷，造成復合絕緣子缺陷，這又加速了酸性雨水的滲透，增加了脆斷發生的概率。

3 事故分析

3.1 事故簡介

500kV神侯Ⅰ回線起始于神頭二電廠，止于侯村變電站，1998年11月24日投入運行，線路全長162.33 km，導線為4×LGJX—400/35。線路處于Ⅲ級污區，其中116基鐵塔采用型號為FXB-500/180復合絕緣子，該復合絕緣子棒芯為E型玻璃纖維材料，改性型環氧樹脂芯棒。

500kV神侯Ⅰ回線自投入運行以來，絕緣子運行狀態一直良好。而6月23日195#塔中相復合絕緣子突然發生自導線側壓接出口處斷裂。防振錘損壞4個，造成導線五處損傷，其中懸垂線夾小號側左下線損傷最為嚴重（斷18股，占鋁股總截面37.5%）；右下線斷17股，占鋁股總面積35.4%，線夾損壞；右上線損傷5股，每股損傷2/3。懸垂線夾大號側右上線斷2股右下線斷2股的重大事故。

3.2 事故分析

3.2.1 事故絕緣子基本情況

3.2.1.1 事故現場附近有明顯污染源（磚瓦廠多座），故障絕緣子及其附近的復合絕緣子均有明顯污穢物，導線橫擔及復合絕緣子無明顯的放電痕跡。且根據山西省電力系統雷電探測定位系統的探測記錄，故障發生期間附近沒有雷電發生，由此可排除事故為污閃或雷擊所致。

3.2.1.2 對發生斷裂的復合絕緣子斷面進行仔細的外觀檢查發現，斷裂面中有一個端面呈發黃的舊痕跡，面另一個端面則有拉斷的新痕跡，在端部金具與芯棒連接的密封處發現有密封不良現象，密封處的硅橡膠上發現有水滲透和金具銹蝕的痕跡。由此推斷，該復合絕緣子曾存在陳舊性裂紋。

3.2.1.3 斷裂位置發生在復合絕緣子導線側與金具壓接出口處，整個斷面呈不規則平臺狀，約1/4面積邊緣有拉絲，均壓環安裝位置及方向符合廠家設計要求，從斷裂處測得的復合絕緣子芯棒外護套厚度為2mm。此特征基本符合脆斷的特征，因此可初步推斷該復合絕緣子斷裂事故是由芯棒脆斷所致。

3.2.2 事故原因分析

由上述分析可見，該復合絕緣子斷裂的主要原因如下：

3.2.2.1 復合絕緣子的芯棒與金具聯接處密封層被破壞或芯棒外護套的硅橡膠層有裂紋。

3.2.2.2 195#塔緊靠風口，海拔高，空氣流動大，方圓5～10平方公里內沒有有利的防風林帶，瞬時風速可達7級左右，大風引起的導線振動也加速了芯棒的脆斷速度。

3.2.2.3 環境空氣中的煙塵含鹽密度較大，在線路負荷大時，使得復合絕緣子高壓端部電場強度增大，電暈較嚴重，加速了復合絕緣子的劣化。

4 結論與建議

由前可知，復合絕緣子發生脆斷的主要原因是芯棒外護套或密封層受損，在風及環境的影響下，長時間酸性物質的滲透造成的芯棒腐蝕和振動機械力的作用下而產生的。因此，避免或減少復合絕緣子脆斷事故發生的有效措施可從生產工藝、運輸及安裝過程等方面著手。即建議：

4.1 采用耐酸性材料做復合絕緣子芯棒材料

復合絕緣子的生產過程質量管理必須按照國際標準嚴格把關，由于大氣污染越來越嚴重，酸雨的發生面積不斷擴大、酸雨次數也在不斷增加，復合絕緣子生產廠家應結合用戶所處地理位置的污染情況，有選擇地采用不同的耐酸材料做為芯棒材料，并從制造工藝上改進接頭的結構，加強密封材料性能的改進，提高密封性能，防止密封失效。

4.2 改進復合絕緣子包裝方式

復合絕緣子的包裝對保護復合絕緣子質量起重要作用，由于復合絕緣子的硅橡膠層屬易脆性材料，易受損壞，而送電線路具有分散、地域范圍廣、交通困難的特點，材料的運輸既有車船運輸又有人力抬運。因此，復合絕緣子生產廠家應結合送電線路的特點，采用分散小包裝方式，每個包裝箱以2～3串為宜，箱體要有一定強度，保證復合絕緣子在運輸過程中不受損傷。

4.3 改進復合絕緣子安裝方法

復合絕緣子安裝過程中的質量控制也很關鍵，其直接影響復合絕緣子的運行。目前線路施工單位在安裝復合絕緣子時大多采用單點起吊安裝方式，對110kV和220kV線路，由于絕緣子串長度不很長，整體剛性較好，起吊過程中受彎彎矩一般很小，不會有明顯損傷；而500kV線路的復合絕緣子長度達4.45m，屬細長桿結構，單點起吊時中間彎矩很大，芯棒外面的硅橡膠層有可能因過度受拉而開裂。

4.4 加強對運行復合絕緣子的檢測及維護

加強對運行中的復合絕緣子的檢測及維護，可及時發現劣化絕緣子，防患于未然。