一起500kV架空地线绝缘子脱落故障的处理

马 超，万 能，王以淮

(国网淮南供电公司，安徽 淮南 232007)

0 引言

地线绝缘子用于连接架空地线及塔身本体，由绝缘子和保护间隙两部分组成。当线路正常运行时保护地线与铁塔绝缘，减少输电能量损耗和开通地线载波通讯;当地线出现过电压时，保护间隙放电，地线与铁塔导通，发挥各种防护作用。地线绝缘子根据安装形式和电极结构可分为悬垂式和耐张式两种。作为输电线路的重要设备之一，悬式绝缘子担负着悬挂地线和对铁塔绝缘的重要任务，本文将主要针对淮南电网500kV汤颖5353线#171杆塔架空地线悬式绝缘子破损脱落故障进行分析研究。

汤颖5353线路架空地线采用GJ-80和OPGW(24芯)。地线与绝缘子之间采用瓷质绝缘子隔离。2012年2月23日上午，我公司输电运行人员在巡视过程中发现500kV汤颖5353线#171杆塔塔基附近有破损瓷质绝缘子残片(见图1)，经现场巡视勘察，发现该脱落破损绝缘子碎片系#171左侧架空地线绝缘子破损所产生，其中一只悬式绝缘子钢脚从钢帽中脱落(见图2)。

缺陷发现后，我公司当天组织专业人员在不停电情况下登塔检查，发现#171地线有烧灼痕迹，绝缘子平行挂板磨损、烧伤严重。随即我公司组织线路人员展开对该条架空地线金具的红外测温工作，结果发现该线多基杆塔存在连接金具过热现象。

图1 破损地线绝缘子残片

图2 钢脚从钢帽中脱出

1 事故原因分析

为了降低输电线路的线损率，500kV汤颖5353线架空地线采取绝缘方式。绝缘架空地线有较高的感应电压，其大小与输电线路的负荷、电压等级、输送距离以及导线间的距离大小有关。

由于架空地线上所采用的瓷质绝缘子为内胶装结构，胶装粘合剂和铁质钢脚、钢帽以及瓷质伞群的热膨胀系数各不相同，在长期昼夜不同温差的环境下瓷质伞群将受到压应力和剪切应力。胶装粘合剂的长期膨胀也会使伞群以及钢脚、钢帽受到局部应力和疲劳效应，其绝缘性能会随着运行时间的累计而不断降低直至变成零值。运行中的瓷质绝缘子承受的感应电压越高，其电气性能丧失的时间越短。处于临界击穿或已击穿状态的绝缘子的电气性能大幅度下降或丧失，不能满足绝缘要求，但其机械强度并未受到影响，仍可以满足要求支撑地线继续运行。

胶装粘合剂水泥等填充物具有一定的电阻值，在感应电压的作用下，瓷质绝缘子内部出现了比正常感应电流大得多的短路感应电流。这个感应电流对绝缘子内部会有明显的热作用，在积累了大量的热量之后，绝缘子将会产生温升。在机电复合和温差变化的长期作用下绝缘子将进一步老化，其结果将会导致瓷件内部热效应加剧，形成恶性循环。在经受雷击以及长时间的微气象条件作用下，伞群和钢脚、钢帽受到局部应力和疲劳效应加剧，间隙长时间对绝缘子钢帽放电，导致钢帽内水泥粘合剂受热融化，胶装粘合剂因受热而发生局部融化进而失去支撑能力，导致构件脱离或因瞬间骤热而发生伞群爆炸事故。

除内部因素外，地线故障线路汤颖5353线与500kV汤州5354线平行架设，距离较近，因而绝缘架空地线上感应电压、感应电流较大;经专业人员近一个月的跟踪观察及现场走访，该区段线路绝缘架空地线间隙放电情况比较严重。且全线不存在地线换位，不能有效减小及均匀分布流经间隙的电流，也是故障在运行之初就留下的隐患。

2 故障所引发的危害

(1)架空地线绝缘子故障是由于地线放电间隙不足引起，同时架空地线间隙放电将会引起相应线路等值零序阻抗的幅值和相位的相应变化［1］，进而可能引起线路继电保护装置的误动或拒动。

(2)架空绝缘地线放电间隙在正常运行状态下能够降低线路电能损耗。在放电间隙不断放电的情况下将引起整条线路能耗增加，金具发热。理论情况下架空地线上的感应电压可以达到10kV数量级，在某种极端条件下，通过持续放电可能产生高达2000℃以上的高温。虽然架空地线在运行状态中断线情况极其少见，但在理论上存在着高温熔化连接金具使架空地线断线的可能性。一旦架空地线断线掉落，进一步有可能打到下面的平行导线，使输电线路发生单相或多相永久性短路故障，造成的电网事故后果极为严重。

3 解决措施及方法

除本文所提到的#171地线故障外，我公司线路运行人员在对500kV汤颖5353进行全线红外测温结果显示该线路多基杆塔架空地线金具存在不同程度的过热现场。针对该类缺陷现提出以下措施。

3.1 组织措施

(1)加强绝缘架空地线的运行巡视。线路运行人员在巡线过程中要注意观察架空地线金具有无松动、地线本身有无松股、散股现象。在夏季高温季节要加强夜巡工作，利用夜色观察绝缘间隙有无放电现象，对发现的问题及时进行处理。

(2)加强架空地线连接金具的更新维护工作。定期对绝缘架空地线放电间隙进行检查，对地线连接金具进行检查，及时更新、处理不合要求的放电间隙棒，及时更换磨损、锈蚀的地线连接金具。对于运行十年以上的线路应特别注意线夹处地线的磨损情况，在地线悬垂线夹磨损面超过1/4以上时应及时更换处理。

3.2 技术措施

(1)定期开展红外测温诊断。红外成像仪在日常的巡视中能很清晰的显示设备的温度场，对输电设备的整体发热情况可以直观地观察，对同一设备的不同温度点异常也能很快发现。它具有稳定、可靠、测温迅速、分辨率高、直观、不受电磁干扰以及信息采集、存储、处理和分析方便等优点。定期推广应用红外测温技术对输电设备测温、诊断将能更早发现缺陷，做到减少甚至杜绝该类故障再次发生。

(2)加强绝缘架空地线绝缘子检测处理工作。目前在运的500kV输电线路架空地线绝缘子多采用瓷质绝缘子。瓷质绝缘子因自身属性，在长年的户外运行中易形成低值甚至零值。目前线路运行单位在线路检修技改期间往往只针对导线绝缘子进行测零、清扫、更换工作，对架空地线绝缘子的维护程度却不够。随着瓷质绝缘子的阻值降低，其电气绝缘性能将逐步丧失，原本架空绝缘的地线将处于单点接地状态。在单点接地状态下三相导线与地线间的感应电压将上升70%［2］以上，因此架空地线尤其是交叉、跨越、平行高压输电线路感应电压高的地线绝缘子的测零、清扫工作同样要引起重视。

(3)采用间隙固定的地线间隙放电器。目前我国高压架空地线所用盘型悬式绝缘子放电间隙是靠螺栓调整的，其长期运行于野外不同气候环境下，在各种外力因素的作用下连接金具松动，放电间隙棒、板磨损而引发放电间隙变化。当间隙变小，易被感应电压击穿而出现放电发热甚至烧伤地线事故，间隙变大，在雷雨季节则起不到击穿接地的作用。因此笔者建议下一步可研制并推广使用具有固定间隙架空绝缘地线间隙放电器。

(4)合理规划平行、交叉跨越超高压输电线路距离。淮南公司发生的架空地线绝缘子故障线路由于临近500kV汤州5354线，该线路多基与5354距离较近的地线金具存在过热现象。因此笔者建议在线路规划设计阶段应将架空地线感应电压对放电间隙的影响考虑在内，对于高压、超高压平行假设线路留有足够的距离裕度。

(5)改变架空地线接线方式。目前，国内220kV及以上高压输电架空地线多采用绝缘地线与OPGW平行架设模式，普通地线分段绝缘，OPGW逐基接地。可采用中间单点接地和换位技术相结合，使得地线上产生的感应电动势能够互相抵消一部分，从而达到降低感应电压，避免正常运行状态下间隙放电的缺陷。

4 结束语

综上所述，架空地线的安全运行离不开设计初期选型的通盘考虑查，结合不同天气、不同地理环境建立完善的巡视检查制度，对于杜绝该类缺陷是可能的并且是有效的。

［1］吴伯华，陈继动，朱克.架空地线间隙放电对线路零序阻抗的影响［J］.高电压技术，2006，32(10):8-10.

［2］宋立军，蒋陶宁，邹军，等.特高压交流输电线路地线绝缘间隙电压的研究［J］.电网技术，2013，37(3):686-691.