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500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析

April 5, 2017 • Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

提及复合绝缘子的机械故障, 人们通常 只考虑脆断缺陷。但是,越来越多的证 据表明:随着材料质量与产品设计的提 高, 复合绝缘子的脆断事故显著减少。 但是, 如果复合绝缘子在护套成型过程 中存在瑕疵或在挂网运行时承受过大 的机械负荷, 复合绝缘子也可能发生断 裂事故, 该类事故芯棒的断裂特征和脆 断有显著差别。
本文主要研究一起断裂特征与常见脆断 特征相异的500 kV交流复合绝缘子断裂 事故。依据对该断裂绝缘子的检测分析 结果,分析了复合绝缘子出现类似断裂 特征的原因。本文还对复合绝缘子的生 产工艺以及运行维护提出了一些建议, 以引起绝缘子生产厂家与电网运行公 司对复合绝缘子护套与芯棒交界面质量 的重视,预防交界面老化缺陷。本文 的主要工作由清华大学深圳研究生院的 博士后Bernhard Lutz 博士,研究生成 立,INMR专栏作者关志成教授,王黎 明教授以及中国南方电网的张福增博 士共同完成。同时,本文引用了部分 作者以前所著论文的结果[1-2]。
引言 与玻璃或陶瓷绝缘子相比,复合绝缘子在高电压线路上的 运行经验还相对缺乏,对运行中发生故障的复合绝缘子进 行深入研究就显得尤为重要。通过对故障复合绝缘子故障 机理与缺陷类型的深入分析,可以帮助复合绝缘子生产厂 家与电网公司改善生产工艺,提升运行维护水平,以避免类 似故障的再次发生。
本文所研究的复合绝缘子于2010年9月断裂,故障发生时, 该绝缘子已在中国贵州省一条500 kV交流线路上挂网运行 5年,依据IEC60815标准,事故地区为轻污染地区。在事故 发生前的例行检查中(事故发生前2个月),运行维护人员 使用红外相机观察发现故障绝缘子存在明显的局部发热现 象,发热位置距高压端金具1.5-2m,温升大致1-2K,除此 之外,没有其它异常现象。
 
图一: 断口截面-高压侧(上),低压侧(下)。 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 Fig15

图一: 断口截面-高压侧(上),低压侧(下)。

500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 Pic117

故障复合绝缘子长5.315m,芯棒直径30mm,护套厚度 5mm,与另一只同型绝缘子双串并联,以V串形式悬挂,该 并列悬挂的绝缘子并没有出现断裂或明显的老化痕迹。事 故绝缘子的断裂点距离高压端金具300mm,断口截面部分 呈现深褐色,与通常绝缘子脆断后出现的光滑截面不同的 是,本文研究的绝缘子断口截面呈扫帚状并表现出多孔性, 因此其故障机理也应与通常的脆断机理相异。
图二: 护套上蚀孔的初始状态(左) 挑出腐蚀材料后的状态(右) 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 Fig2

图二: 护套上蚀孔的初始状态(左)
挑出腐蚀材料后的状态(右)

在靠近高压端的区域内,故障绝缘子护套上共有25个蚀 孔,其中约半数蚀孔内部充满微小的腐蚀老化后的硅橡胶 (SIR) 粉末,在后续实验中,可以使用针轻易地将这些腐蚀 材料挑出。可以认为,这些蚀孔是绝缘子内部缺陷引发的老 化过程所带来的结果。
红外与紫外成像检测
在对故障绝缘子进行解剖分析之前,首先对去除均压环的绝 缘子进行红外与紫外检测,试验电压为550 kV /√3 = 318 kV 。 加压5分钟后,在距断裂点880至1040mm的区域内出现局部 的表面温升(温升 2-3 K,图三,左),同时通过紫外成像也可 以在该区域观察到明显的电晕现象(图三,右)。值得说明的 是,出现局部温升与电晕区域的护套存在蚀孔。
图三: 在318 kV交流电压下,故障绝缘子的温度与 电晕分布 。 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 Fig3

图三: 在318 kV交流电压下,故障绝缘子的温度与 电晕分布 。

红外与紫外检测的结果表明:在故障绝缘子高压端附近, 存在近1m左右的导通缺陷区域,并且缺陷区域由高压端向 低压端延伸。此外,在远离高压端的蚀孔处,其电场强度仍 然较高,足以引起电晕放电现象。使用仪器测量导通缺陷区 域的直流电阻值,阻值在1 MΩ至120 MΩ之间,其中,在两 个蚀孔之间的区域,其直流电阻值较低。
表面积污与憎水性
依据IEC 60815-1,对断裂复合绝缘子与未断裂的并列悬挂 的绝缘子进行ESDD与NSDD测量,分别在绝缘子靠近高压端 部,中部与靠近低压端部选取伞裙单元,测量伞盘上下表面 的积污情况。ESDD与NSDD的测试结果显示:断裂复合绝缘 子高压端附近伞裙下表面的积污量为并列悬挂未断裂的复 合绝缘子的5倍。而在其它部分,积污情况则差别不大。

500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 500 kV复合绝缘子断裂缺陷的检定分析 Table13

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