330 kV变电站悬式瓷绝缘子失效原因分析

高 健，苗 兴，李 军

(国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730070)

0 概况

2015-09-08T08：35，某330 kV变电站Ⅱ母线扩建延长部分(第5串)与原母线门型架(相邻第4串)连接处新安装的悬式绝缘子串A相炸裂，A相母线下垂，仅依靠跳、引线固定，A相母线与绝缘子挂点处存有肉眼可见放电痕迹。图1为该绝缘子炸裂后的钢帽和瓷片。

该变电站Ⅱ母线扩建延长部分于2014-09-23投运，其悬式瓷绝缘子供货商为国内某电瓷公司(以下简称甲公司)，型号为XXX-160，为防污瓷质绝缘子；钢帽型号为24016R-1，商标为XXX-160KN，23片连接。

为了排除事故隐患，对全站瓷绝缘子进行了紫外成像检测，然后对其中1串存在电晕放电的绝缘子进行逐片绝缘电阻测量，最后对零值片和正常片开展对比试验和检测，进而找出了该串瓷绝缘子失效的原因。

1 紫外成像在线检测

常规绝缘子检测方法分为带电检测和停电检测2种。紫外成像检测是一种非接触式带电检测方法，可以对高压电气设备表面的电晕放电实施直观地检测。为保证检测结果的准确性，分别从出线侧和主变侧2个方位对该站悬式瓷绝缘子进行了紫外成像检测，范围包括由甲公司供货的24串和其他公司供货的39串瓷绝缘子。检测结果发现：甲公司供货的瓷绝缘子有8串存在不同程度放电，其中2串持续放电、6串间歇放电；而其他厂家供货的瓷绝缘子未发现放电现象。放电检测结果如表1所示。

图1 炸裂绝缘子钢帽及瓷片

表1 紫外成像检测结果

由紫外成像检测结果可知，甲公司供货的瓷绝缘子多串出现放电现象，其放电率达到33．3 %，而其他公司供货的绝缘子均未发现问题。因此，可以断定甲公司供货的瓷绝缘子存在家族性缺陷。

2 绝缘电阻检测

DL/T741—2010《架空输电线路运行规程》规定，运行中的瓷质绝缘子绝缘电阻不得小于300 MΩ。对甲公司供货的第5间隔东侧龙门架A相悬式瓷绝缘子逐片进行了绝缘电阻检测，测得低、零值绝缘子17片，合格6片，检测结果如表2所示。

表2 绝缘电阻检测结果 MΩ

由表2可知，该串瓷绝缘子低、零值绝缘子片数量多于合格绝缘子片，且合格绝缘子片间隔分布于整串绝缘子。每种材料的电阻是其固有的物理属性，而上述绝缘子片的电阻值分布在0—10 000 MΩ，说明该串瓷绝缘子制造质量参差不齐。

3 解剖检测试验

为进一步分析其失效原因，对更换下来的悬式瓷绝缘子解剖取样，进行检测试验。样品为上述第5间隔东侧龙门架A相悬式瓷绝缘子的第4片(正常绝缘子片)和第3片(零值绝缘子片)各1只。检测项目为瓷体电阻测量、声速测定和超声波探伤、硬度测量等。

3.1 试样制备

首先采用角向砂轮机切开瓷绝缘子钢帽顶部，沿胶装水泥与瓷体结合面取下钢帽上半部，再对影响切割的瓷绝缘子伞裙部分进行切除，然后沿纵向破开钢帽下半部，使其与瓷体脱离，最后将绝缘子瓷体及其内部胶装水泥沿纵向切开，使瓷绝缘子整个纵切面暴露。切割后的试样形貌如图2所示。

图2 切割后试样形貌

3.2 绝缘子瓷体电阻测量

为找出绝缘子瓷体绝缘薄弱点位置，采用KYORITSU3125型兆欧表对2个样品瓷体各部位绝缘电阻进行测试。测试发现，正常绝缘子片瓷体各部位检测点间电阻均为无穷大或在数百GΩ数量级，整个瓷体绝缘性能较好且较均匀；而零值绝缘子片瓷体部分区域电阻明显下降，最小值位于钢帽内部瓷体顶端球形区域，仅为3．2 MΩ。此区域瓷体外部未挂釉，内表面釉色呈黄褐色，与其他部位的灰白色釉质存在差异，并且在测试过程中试笔接触点可见明显的打火放电现象，其他部位电阻值基本正常(数百GΩ以上)。

测量结果说明，该串瓷绝缘子部分绝缘子片的某些部位在制造过程中存在质量偏差，其绝缘性能远远低于正常绝缘子片。

3.3 绝缘子声速测量及超声波检测

为测定2只绝缘子的声速差别，采用游标卡尺对绝缘子瓷体钢帽内球形部分顶端平整区域瓷体厚度进行了测量，并根据厚度测量值采用超声波测厚对该区域瓷体声速进行了测量，同时对测量区域瓷体内部有无宏观缺陷也进行了超声波探伤检测，结果如表3所示。

检测结果表明，零值绝缘子钢帽内瓷体球形部分顶端厚度大于正常绝缘子，而瓷体声速明显小于正常绝缘子，说明零值绝缘子瓷质弹性模量较低，2者的微观组织应具有明显差异。超声波检测结果表明2个样品检测区域均未发现宏观缺陷。

3.4 硬度测量

对上述2个绝缘子样品钢帽内瓷体球形部分顶端采用里氏硬度计进行测量，结果如表4所示。

表3 声速测量及超声波检测结果

表4 瓷体里氏硬度测量结果 HL

测量结果表明：正常绝缘子硬度明显高于零值绝缘子；而对于同一绝缘子来说，伞裙部位的硬度又明显高于钢帽内瓷体球形顶端部位硬度。在硬度测试过程中，可明显听出2只绝缘子在受到探头敲击时发出的声响存在差异，其中正常绝缘子发出的声音较零值绝缘子更为清脆。

4 综合分析

从以上各项试验结果来看，引起该站悬式瓷绝缘子失效的直接原因是存在零值绝缘子，而形成零值绝缘子的主要原因是绝缘子钢帽部分内部瓷体的瓷质不良，其组织结构与正常绝缘子存在较大差异。具体表现在电阻偏低、声速偏小、硬度值偏小，因而整串绝缘子的绝缘性能较正常绝缘子存在很大差异。根据紫外成像检测和解剖试验检测结果，可以判定：甲公司在生产瓷绝缘子时，存在制造工艺控制不严的情况，从而引起该批绝缘子性能不良、产品不良率较高，而且在该批瓷绝缘子出厂时，甲公司未严格按照标准要求进行绝缘电阻测试。

5 结论

（1）对于悬式瓷绝缘子，绝缘电阻测试是一种简单高效的绝缘性能判定方法，不论在出厂检验或者到货验收时，都应该严格按照标准进行此项测试。

(2) 紫外成像技术作为一种带电检测方法，可通过瓷绝缘子表面的电晕放电的图像检测，达到确定绝缘子电晕的强度和具体部位的目的，从而为绝缘子运行情况提供可靠的依据。

(3) 根据解剖试验检测中声速测定和硬度测量结果，可以初步判断瓷绝缘子绝缘电阻值和声速、硬度之间存在某种对应关系，这种关系可用于瓷绝缘子绝缘性能的深入研究。

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