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架空线路玻璃绝缘子缺陷故障及对策

2020-10-12 09:47 作者: 来源: 本站 浏览: 我要评论 字号:

玻璃绝缘子由于其诸多优点,在当前的线路绝缘子用量中占据1/3。对于运维部门而言,玻璃绝缘子有以下优点:

①自爆淘汰,无需测零。相对瓷绝缘子,内部存在缺陷或发展成零值的玻璃绝缘子绝大部分都会发生自爆,因此不需测零,减轻现场工作量。

②抗老化性能优异。运行30-40年后的玻璃绝缘子,其机械性能(破坏负荷)、电气性能(陡波击穿电压)几乎与出厂性能一致。

然而,玻璃绝缘子在运维中仍然会出现一些棘手问题,如自爆率过高、断串(极少发生,但仍有一定概率),上述问题一旦发生都将严重影响线路安全,今天来谈谈上述问题的原因和对策。

1 自爆率过高
1.1 钢化玻璃自爆机理
玻璃绝缘子玻璃件为钢化玻璃,其特点是表面存在压应力,内部存在张应力,如图1所示。

图1 钢化玻璃应力分层
玻璃件应力的生成原因是玻璃件加工中的温度变化。当已被加热至软化温度(760~780℃)的玻璃件快速冷却时,表面层急冷力收缩,但内部温度仍然较高处于膨胀状态,导致表面层收缩受阻,在表面层中留下压应力;随后内部温度降低开始收缩,但此时表面层已经硬化,导致内部收缩受阻而产生张应力。这两种应力一直到完全冷却和温度梯度全部消失后均匀分布在玻璃件内,为永久应力。

玻璃绝缘子玻璃件中压应力和张应力的平衡一旦被破坏,在应力作用下会迅速产生裂纹,进而造成玻璃件粉碎,也即自爆。

1.2 自爆原因及特征

玻璃绝缘子自爆的原因可分为产品自身质量原因与外部运行环境原因两类,实际案例往往同时存在两种原因。

① 产品质量原因

主要是玻璃绝缘子玻璃件内部含有杂质颗粒,最常见的是NIS颗粒。NIS在玻璃件熔制、退火过程中相变状态不完全,在绝缘子投入运行后认为缓慢相变、发生膨胀,导致玻璃内部产生裂纹。当颗粒杂质的直径小于一定值,可能无法通过冷热冲击予以剔除,导致运行中绝缘子自爆率过高[500kV输电线路钢化玻璃绝缘子集中自爆现象分析_谢洪平]。杂质颗粒位于玻璃件的内部张应力层时,产生自爆的概率更高,因玻璃本身是一种脆性材料,耐压但不耐拉,所以玻璃的大部分破碎是张应力引发的。

特点:

a 内部杂质颗粒引发的自爆在投运前3年较高,此后将逐渐下降,这是判断自爆原因的一条重要规律。

b 绝缘子串不同位置自爆概率相同;

②外部原因

主要是污秽和温差变化。在积污、受潮和电场三者同时作用下,绝缘子表面泄露电流过大,产生部分干带,干带位置发生空气击穿时,产生的电弧将蚀伤玻璃伞裙,当蚀伤深度较深时将造成自爆。如果上述过程中绝缘子遭受雷击,已经受到电弧侵蚀的玻璃绝缘子自爆概率将大幅增加。积污过重是其中关键,可能是积污盐密过高,也可能是污秽中金属粉末颗粒过多。

特点:

a 可能投运前几年自爆并不明显,运行几年后某一时间集中发生(局部污源发生重大变化造成积污过重);

b 绝缘子串高压端、低压端自爆概率大于中部(高压端、低压端电场较强,积污过重时其绝缘子钢脚位置先发生局部爬电);

c 同塔未自爆绝缘子钢脚存在损伤(积污过重引发局部电弧造成钢脚附近玻璃件损伤),伞面内部存在细微裂纹;

图2 钢脚附近玻璃件损伤
1.3 残锤分析

钢化玻璃绝缘子自爆后的伞盘玻璃碎散落后形成残锤,残锤上的玻璃形态可以为自爆原因分析提供帮助。残锤玻璃形态类型:

① 放射状

单一缺陷引发的自爆,对其裂纹进行逆向寻找,可以找到起爆点。若残锤上的碎玻璃渣呈放射性形状时,其裂纹起始点也即自爆起始位置位于玻璃件的头部,该情况下的自爆是玻璃件自身质量引起,如配料、溶制工序等。

图3 残锤-放射状
② 鱼鳞状

若残锤上的碎玻璃渣呈鱼鳞状,且自爆起始位置位于玻璃件靠近铁帽底部附近,该情况下的自爆原因有两种可能,即由于产品自身的缺陷的自爆或者外力引起的玻璃破碎,这种外力可以是机械应力,也可以是电应力,如持续的电火花打击,工频大电流以及不均匀的泄漏电流引发的玻璃件的破碎等。

图4 残锤-鱼鳞状
③ 混合状

若残锤上的碎玻璃渣呈鱼鳞状和射性形状同时存在,则自爆起始点位于玻璃件的伞裙上,该情况下的自爆,内因及外因都有可能导致。

图5 残锤-混合型
1.4 应对措施

①入网控制,通过抽样检测机械破坏、陡波冲击性能控制入网玻璃绝缘子质量。

②重污区使用复合绝缘子,确定因积污过重引发集中自爆的,可用复合绝缘子代替玻璃绝缘子。

③加强巡视检查,在恶劣天气如雷击后应及时对输电线路进行特巡。

④重视运输,基建、抢修运输钢化玻璃绝缘子时,应有保护物保护,以免受到损伤。

目前国内大厂的玻璃绝缘子质量控制较好,以往提的玻璃绝缘子静置半年后使用实际已经没有必要。

2 断串
2.1 断串机理
对于盘型悬式绝缘子而言,断串多发生于瓷绝缘子上,玻璃绝缘子极少发生断串,但也有发生的例子[云南某输电线路玻璃绝缘子掉串原因分析_申元]。

对瓷绝缘子而言,当绝缘子头部瓷件存在细微裂纹等缺陷,随着运行中潮气的侵入,绝缘子头部绝缘电阻降低(形成零值绝缘子),一旦绝缘子串遭受雷击或其他原因造成的闪络,由于头部电阻极小、沿伞盘放电距离较长电阻相对较大,因此大部分能量都从瓷绝缘子头部的放电通道泄放,电弧从绝缘子头部通过时产生的热量使绝缘子炸开,产生断串。

对于玻璃绝缘子而言,一旦内部存在缺陷,便产生自爆,剩下残锤,此时遭受雷击或其他原因造成的闪络,残锤表面绝缘距离很短,因此能量大部分从残锤表面泄放,因此一般不会造成绝缘子的断串。

[云南某输电线路玻璃绝缘子掉串原因分析_申元]

然而,当玻璃绝缘子的头部发生受潮,导致头部绝缘子电阻大幅下降,此时可能导致通过玻璃绝缘子头部的放电能量增加,如果线路短路放电电流较大,则注入头部的能量有可能引起玻璃绝缘子的爆炸、断串。

2.2 应对措施
① 当玻璃绝缘子出现“零值自爆”后,应及时更换自爆绝缘子,降低掉串的风险。

② 采用疏导性防雷措施,比如并联间隙、带氧化锌阀片的新型并联间隙、使用线路避雷器等,使得雷击或其他原因造成短路时,放电电弧不接触绝缘子。

③ 提升线路耐雷水平,减少绝缘子串承受短路电流的概率,这一点对低电压等级线路而言相对容易,比如减少接地电阻、一定范围内增大保护角。

3 总结
① 玻璃绝缘子自爆源于玻璃件中压应力和张应力的平衡被破坏,内部遗留杂质颗粒、外部污秽过重是自爆率过高的常见原因。

② 对于内部杂质颗粒引发的自爆,投运前3年较高,此后将逐渐下降,绝缘子串不同位置自爆概率相同,如果残锤玻璃成放射状则自爆原因也可判定为内部杂质;对于污秽过重引发的自爆,串内高压端、低压端自爆概率大于中部,自爆发生与污源变化有对应关系。

③ 极端情况下,玻璃绝缘子自爆也会发生断串,多雷区自爆绝缘子应尽快更换。

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