110kV线路复合绝缘子应用故障浅析

[摘要]复合绝缘子因其具有强度高、重量轻、元零值、耐污闪及不破碎等诸多优点而广为应用，但同时也出现一些问题。文章从110kV线路复合绝缘子在运行中存在的问题入手，分析线路跳闸原因及不明网络原因，有针对性地加强检修及采取应对措施。

[关键词]复合绝缘子；跳闸；故障；对策

[作者简介]吴新桥，广东省电力设计研究院，研究方向：高压送电线路设计，广东广州，510663

[中图分类号]TM75

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)09-0143-0002

自上世纪90年代初开始大规模推广使用硅橡胶复合绝缘子以来，线路维护工作量大大减少，绝缘子闪络跳闸次数明显降低。但随着运行时间的延长，复合绝缘子在安全可靠运行方面逐渐暴露出一些问题，需在线路运行维护过程中认真分析，找出解决办法。

一、复合绝缘子运行过程中的常见故障

(一)外在原因

110kV线路复合绝缘子故障发生后，经检验，发现伞裙上有鸟粪痕迹，并且有局部烧伤现象。为了证实故障原因是鸟害还是复合绝缘子本身的质量问题，对发生故障的绝缘子进行了返厂试验，并对故障情况和故障后试验结果进行了分析，初步认定故障原因为鸟害。同时又对所有复合绝缘子故障原因进行统计分析，发现鸟害对线路安全运行影响较大，严重时会引起线路跳闸。

(二)复合绝缘子质量原因

早期的外、内外楔式及胶装式复合绝缘子耐强电弧性能较差，闪络后绝缘子表面有胶化痕迹，材料变硬。对发生事故的绝缘子进行解剖，发现伞裙护套与芯棒的粘接层有漏胶现象，端部金具的碗头螺扣松动，表明复合绝缘子端部金具密封不好，产品的机械强度下降。

二、引起故障的外在原因分析

(一)鸟害问题

有研究表明，复合绝缘子不明网络事故中，有相当一部分是鸟害引起的。在复合绝缘子的闪络故障统计中，鸟害造成的闪络仅低于雷击网络居第二位。与瓷质绝缘子、玻璃绝缘子串相比，由鸟害造成的复合绝缘子闪络率更高。

鸟害闪络事故多数发生在110kV电压等级的电网中。35kV及以下的电压等级多为城市配电网，附近的鸟群较少；且线路本身的电压不高，能击穿的空气间隙较小，绝缘子无需安装均压环，有伞裙的阻挡，鸟害闪络的概率不大。因此，110kV线路的鸟害闪络问题比较突出，需进一步分析。

近年来由于生态保护力度的加强，鸟群、种群数量激增，而且输电线路所经地区排灌沟壑纵横，适宜候鸟生存。大多数鸟害引起的复合绝缘子故障是经带电体、粪便、接地体放电，除均压环和端部金具有烧伤痕迹外，其他地方均无损伤。通过多年观察、分析并取鸟粪进行盐密测试，发现食肉候鸟的粪便电导率在8000υS／cm左右，排便轨迹近似于下抛物线，粪量大。鸟粪以自由落体方式下落，形成一段细长的下落体，使绝缘子串周围电场发生畸变。鸟粪通道的前端与绝缘子串高压端之间空气间隙的电场强度剧增，绝缘子串上承受的大部分电压都加在这段空气间隙上，当鸟类通道的前端越来越接近绝缘子高压端时，它们之间的空气间隙承受不了所加电压，间隙被击穿，形成局部放电，最终导致绝缘子串闪络。可见，不需要太大的鸟粪体积就可能导致闪络。

鸟粪闪络是绝缘子表面爬电及空气放电的一种混合闪络，鸟粪短接部分空气间隙并降低绝缘子局部表面的外绝缘性能，造成绝缘子串的绝缘性能下降。

(二)均压环

复合绝缘子由伞裙护套、玻璃钢芯棒及端部金具三部分组成，端部金具法兰直径一般为45mm左右，可以近似看成针尖电极即绝缘串轴线。因此，复合绝缘子在运行中，端部金具附近的电场分布集中，法兰附近空气中场强较高，为了改善端部金具周围的场强，复合绝缘子增设均压环。

复合绝缘子串加装均压环后，减少了复合绝缘子串的净空距离，其耐雷水平相对降低，而且由于均压环固定螺栓处起晕电压低，在恶劣气象条件下电晕现象严重，复合绝缘子串靠近端部金具被电晕吸附污物颗粒烧成黑色，进一步影响整体绝缘性能。所以在线路运行要求配置均压环时，应合理选择，以减少均压环副作用。110 kv线路通常无需配置均压环，220kV一般采用1个均压环。

(三)不明原因闪络

从鸟粪闪络过程分析中可以看出，对于110kV、220 kv线路，鸟粪量不是很大就可以造成闪络。相当多的鸟粪闪络中鸟粪量并不大，事故发生后鸟粪痕迹不明显，甚至由于电弧作用根本就没有鸟粪痕迹。也就是说，相当部分的不明原因闪络实际上很可能就是鸟粪闪络，只是由于没有出现习惯上认为应该存在的鸟粪痕迹而被划分为不明原因闪络事故。不明原因闪络与鸟害闪络事故有很多共同特点：大多发生在深夜至凌晨，特别是阴雨天气；闪络后均能重复合功；闪络后绝缘子性能没有明显下降。

三、引起故障的制造缺陷原因分析

针对绝缘子多次发生的跳闸、闪络，为更好地掌握复合绝缘子在运行中电气性能、机械性能的变化情况，对发生故障的复合绝缘子电气性能和老化问题进行了返厂跟踪检测。

(一)电气性能试验

对与返厂的复合绝缘子型号相同的新试品及运行3年的旧产品分别进行工频干闪试验、工频湿闪试验、雷电冲击50％放电试验、清洁雾雾耐压试验、盐雾雾耐压试验。试验表明：新、旧复合绝缘子工频干闪电压变化较小，工频湿闪电压差别较大，主要由于硅橡胶材料配方不同，其伞裙表面憎水性不同；通过摔跌试验、工频干湿闪电压差值比较、雷电冲击50％放电试验，说明复合绝缘子在运行过程中存在老化问题现象，并且随着时间延长，老化越严重。

(二)机械性能检测

特别针对外楔式复合绝缘子进行机械破坏试验，个别试品连75％额定负荷都不能通过。通过试验分析认为，端部联结采用外楔式复合绝缘子，因国产芯棒圆度很难保证，使楔子受力不均，芯棒不能紧密配合，同时端部密封不好，芯棒长期处于高电场中，端部芯棒易受潮，在电场作用下，端部附近局部放电，使潮湿空气产生硝酸，渗透到端部，对端部玻璃纤维造成腐蚀，导致机械性能下降快。

(三)老化检测

对不同时期运行的硅橡胶复合绝缘子进行跌落试验，发现早期投运的复合绝缘子伞裙均有折断，说明复合绝缘子硅橡胶伞裙存在老化现象。

四、对策分析与结论

第一，用传统方法测量硅橡胶绝缘子盐密、灰密，方法较简单，对绝缘子的清洗周期没有实际意义的指导作用，特别在灰密大即中性污秽物附着厚的情况下，会严重影响硅橡胶绝缘子迁移性，使硅橡胶绝缘子表面丧失憎水性，导致污闪事故发生。因此，要加强对硅橡胶闪络机理的研究，采用泄漏电流测量的方法来指导清洗周期。

第二，对早期复合绝缘子产品进行机械跟踪试验，发现端部金具存在问题。因此在选用复合绝缘子时，应尽量选用压接式、整体注塑式，金属端部采用一种密封环，解决了金具端部密封性不好的问题。

第三，伞裙老化影响硅橡胶绝缘子寿命及绝缘子的绝缘性能和抗拉摆强度。为此应考虑在材料中加入新型抗老化添加剂，并且要求检修人员在导线检修时禁止用脚蹬踏、用尖锐工具刮蹭，以延长硅橡胶绝缘子的使用寿命。

第四，根据国内外的试验分析与运行经验，复合绝缘子伞裙结构要合理布置，应采用大小伞相问结构，伞间距不能满足要求的应采用加长型绝缘子，以满足比距要求，又能降低冰雪伞间距短路的几率。

第五，对现运行的硅橡胶复合绝缘子加强巡视检查，定期抽查不同地区、不同环境运行中的复合绝缘子，对其进行拉力试验、电气性能试验和绝缘老化试验，防止因强度不够导致抗拉抗摆能力减弱和因伞裙老化而丧失憎水性；运用泄漏电流测试仪对重污区积污厚的硅橡胶绝缘子进行测量，制作专用洗具清洗泄漏电流超标的硅橡胶绝缘子。