一起220kV架空输电线路双伞型瓷绝缘子炸裂故障分析
国网安徽省电力公司电力科学研究院、国网安徽省电力公司的研究人员夏令志、程登峰等，在2017年第9期《电气技术》杂志上撰文，针对某220kV架空输电线路双伞型瓷绝缘子炸裂故障事件，抽取故障批次绝缘子进行试验分析，主要试验项目包括温度循坏试验、工频击穿耐受试验、机电破坏负荷试验和孔隙性试验。
结果显示该批次绝缘子3只样品中有2只机电破坏负荷试验不合格，实测机电破坏负荷值远低于额定值，破坏形式均表现为瓷件断裂，表明绝缘子质量存在问题。建议对该批次绝缘子进行更换，加强瓷绝缘子的入网、施工验收检测，并定期开展零值检测工作，及时更换零值、低值绝缘子。
瓷绝缘子在架空输电线路中大量使用[1]，相比玻璃和复合绝缘子，其应用条件更加广泛，在安徽电网架空输电线路中的使用比例约40%。瓷绝缘在长期运行过程中，受机电负荷、环境变化、污秽放电及外力作用等各种因素影响，可能出现钢帽腐蚀、钢帽开裂、瓷件开裂等现象[2-5]。
其中，以瓷件劣化最为常见，由于瓷绝缘子由瓷件、铁帽、钢脚用水泥胶合剂组装而成，三者膨胀系数的不同，在线路上长期运行下，因吸湿及冷热变化会产生内部应力和疲劳效应，若瓷件工艺或胶装质量差，则会逐步暴露出它的内在缺陷，导致瓷件产生裂纹，发生劣化[6-7]，出现零值或低值，在雷击、覆冰、污秽放电和过电压等情况下，可能引起闪络、炸裂甚至断串、掉线事故。
本文针对近期某220kV架空输电线路双伞型瓷绝缘子炸裂的故障，对相同厂家、型号、批次的绝缘子进行试验分析，主要试验项目包括温度循坏试验、击穿耐受试验、机电破坏负荷试验和孔隙性试验等，测试了电气、机械性能，分析得到了故障原因，并提出了应对措施。
1 故障概况
2017年1月26日9点20分，安徽电网某220kV输电线路B相故障，跳三相（重合闸停用），故障后巡视发现该线路92#塔B相（中相）双跳线串中的一串掉落，另一串未掉落（相同厂家、型号、批次），见图1所示。故障时段天气情况为晴天，气温在4℃～14℃间，西南风，风力1-2级，故障杆塔周围环境为平原草地。
图1 故障现场图片
根据故障杆塔中相吊串挂点放电痕迹与故障录波图判断，绝缘子掉串前导线对横担绝缘子挂点处发生了放电，导致跳闸。检查发现绝缘子金具连接正常，排除金具故障导致掉串的原因。收集故障串的残余瓷件和金具，发现大部分瓷件本体炸裂严重，钢帽均没有开裂。
对故障串残余绝缘子进行外观检查，发现多片绝缘子钢帽内部、钢脚与瓷件连接处放电痕迹明显（图2-图3），钢帽内部基本没有瓷件，仅存在残存水泥。
图2 绝缘子钢脚顶端放电痕迹
图3 绝缘子钢帽内部放电痕迹
故障串绝缘子型号为U70BP双伞型防污瓷绝缘子，单串15片，绝缘子主要技术参数见下表1。
表1 故障绝缘子主要参数表
2 绝缘子试验与结果分析
该线路杆塔地处偏僻，为轻度污秽地区，故障时段天气晴好，未出现落雷情况，检查故障绝缘子残余瓷件表面未发现污闪痕迹，可排除污秽、雷击、覆冰等外部因素导致的绝缘子故障，初步推断本次故障是由于绝缘子本身存在问题，导致多片绝缘子劣化，内部绝缘遭受破坏后短路放电。
2.1 绝缘子试验
为进一步确认故障原因，对该杆塔另一跳线串取样7片进行试验分析。将样品分别编号，并分为E1和E2两组，其中，E1组包括1#-4#四片样品，E2组包括5#-7#三片样品，主要试验项目参照标准[8]开展，具体如下表2所示。
表2 主要试验项目
试验过程和结果如下：
1）温度循环试验
将E1和E2组绝缘子迅速而完全的浸入到温度比后面试验用的冷水温度高70K的热水中，并在此温度下保持15min。然后取出试品，并不经过中间容器而完全浸入到冷水中，保持15min，从热水到冷水转换时间不超过30s。循环3次后应经受1min工频耐受试验，检查绝缘子，7片样品均没有可见损坏。
2）工频击穿耐受试验
将E1组样品逐个浸入绝缘油中，绝缘子上下端面之间施加工频电压，逐渐升至额定击穿电压120kV，样品均未发生击穿。
3）机电破坏负荷试验
将E2组样品逐个施加湿工频耐受电压，并同时在金属附件之间施加拉伸负荷。在整个试验中保持该电压。拉伸负荷平稳、迅速地从零增加到规定机电破坏负荷的75%，然后在15s-45s时间内逐步增加到规定破坏负荷为止，试验结果如下表3所示。
表3 E2组样品机电破坏负荷试验结果
由上表可见，5#和7#样品机电破坏负荷试验均不满足要求，其中，5#绝缘子未达到75%额定机电破坏负荷破坏就发生了破坏。样品的破坏形式均表现为瓷件断裂，断裂部位发生在瓷体与钢帽粘接处，表明瓷件本体和水泥胶装质量存在问题，见下图4所示。
图4 5#样品机电破坏负荷试验不合格照
4）孔隙性试验
将经破坏试验后的E1组和E2组样品浸入压力20MN/m2的1%品红酒精溶液中，保持时间9小时，然后将样品从溶液中取出，洗涤、干燥，接着再敲碎，每片样品取瓷4块，检查新敲碎的表面，均未发现染色渗透。
2.2 试验结果分析
通过对相同厂家、型号、批次、运行环境的绝缘子抽样试验分析，可以得出该批次绝缘子瓷件本体和水泥胶装质量存在问题，机电性能差。故障串绝缘子在长期承受机电负荷、冷热变化、日晒雨淋的条件下，多片绝缘子内部发生劣化，出现零值或低值，最终导致内部绝缘被击穿，短路放电造成瓷件炸裂。
3 结论
1）本次瓷绝缘子炸裂故障的主要原因是绝缘子本身质量问题，电瓷的生产工艺、水泥胶装质量是导致瓷绝缘子劣化的重要因素。
2）该批次瓷绝缘子存在质量问题，建议对该批次绝缘子逐步进行更换；同时，加强瓷绝缘子的入网检测，不合格的产品禁止使用，瓷绝缘子安装前应逐个测量绝缘电阻，不满足标准[9]要求的禁止使用。
3）运行瓷绝缘子长期处于机械、电气和外部恶劣环境的作用下会逐渐发生老化，建议线路运维单位使用火花间隙法或红外成像法[10-11]按期开展瓷绝缘子测零工作，及时更换零值、低值绝缘子，避免绝缘子劣化后导致的炸裂掉串故障。