±800 kV特高压直流线路玻璃绝缘子自爆分析

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(1.国网河南省电力公司电力科学研究院，郑州 450052； 2.华北电力大学，河北 保定 071000)

0 引言

钢化玻璃绝缘子具有零值自曝、检测方便、自曝后不掉线以及运行安全等特点[1-2]，在运行中越来越显示出其独特的安全性和优越性，已广泛应用在35～1 000 kV电网中[3]。随着玻璃绝缘子使用的增加，其局限性也显现出来，零值自爆是玻璃绝缘子的显著特点，但既是优点，也是缺点[4]。目前线路挂网运行绝缘子自爆以多串绝缘子集中自爆、群爆等问题较为突出，严重影响了线路的安全稳定运行[5]。随着输电线路电压等级的升高，玻璃绝缘子的自爆问题也日益突出。

针对玻璃绝缘子自爆故障，学者们已经进行了一系列的研究。文献[6]分析了110 kV输电线路上6起玻璃绝缘子自爆事故及其原因，认为自爆内因主要是绝缘子质量问题，外因是积污、温度和潮湿引起的局部放电；文献[7]对220 kV线路上自爆的玻璃绝缘子进行抽样试验，并提出绝缘子选型建议；文献[8-11]以500 kV输电线路为例，分析认为泄漏电流的热效应是玻璃绝缘子自爆的重要原因，并提出相关解决措施。这些文献对±500 kV以下电压等级输电线路上玻璃绝缘子的自爆问题做了深入探讨，但对于±800 kV以上电压等级特高压输电线路的此类研究却比较缺乏，而特高压线路电压等级较高的特点又决定了玻璃绝缘子自爆问题需要额外重视，因此为了提高特高压输电线路安全稳定性能，需要对玻璃绝缘子自爆故障进行统计和分析。

笔者针对±800 kV某特高压直流线路玻璃绝缘子集中自爆问题，统计了沿线5个省份玻璃绝缘子的自爆情况，分别从生产厂家、自爆位置、污区等级、自爆月份和是否涂RTV进行了规律分析，并结合相关环境、运行和生产因素，对玻璃绝缘子集中自爆原因进行分析。本文的研究工作对于帮助了解特高压直流线路玻璃绝缘子自爆情况，并合理制定运维措施具有重要意义。

1 故障情况简介

1.1 线路概况

±800 kV该特高压直流线路2016年8月投运，线路途经N、S、H、A和Z 5个省份，使用的玻璃绝缘子型号为LXZY-550和U550 BP/240 H。自投运至今，线路发生多起玻璃绝缘子集中自爆事故，给线路安全运行带来严重威胁。

1.2 现场巡检情况

±800 kV该线路投运至今，在多个省份发生了玻璃绝缘子集中自曝现象。

1)线路N省区段长度82 km，杆塔数量为160基，其中直线塔131基，耐张塔28基。投运前巡检发现玻璃绝缘子自爆5片，投运后10月巡视发现自爆29片，11月巡视发现自爆44片，12月底又发现自爆玻璃绝缘子5片。截止目前，巡检发现自爆玻璃绝缘子215片。

2)线路S省区段投运线路投运前，巡检发现玻璃绝缘子自爆61片；投运后至2017年1月，又出现多处耐张塔的玻璃绝缘子自爆情况，累计自爆75片。

3)线路H省区段长度562 km，共有杆塔1 102基。2016年8月线路调试阶段，巡检发现玻璃绝缘子自爆45片；投运后至2017年1月，玻璃绝缘子自爆43片；2017年1月至9月，又发现153片玻璃绝缘子发生自爆。线路H省区段玻璃绝缘子自爆现场见图1。

图1 线路H省区段玻璃绝缘子自爆现场图Fig.1 Scene of self-blast faults(H section)

4)线路A省区段施工阶段，运维单位发现9基耐张塔玻璃绝缘子发生自爆现象，投运前累计自爆46片。投运后至2017年1月，巡视发现玻璃绝缘子出现集中自爆现象，共28基杆塔，自爆132片。2017年1月至今，再次发现大量绝缘子自爆，共32基杆塔，自爆342片。线路A省区段玻璃绝缘子自爆现场见图2。

图2 线路A省区段玻璃绝缘子自爆现场图Fig.2 Scene of self-blast faults(A section)

为保证线路运行安全，查明线路玻璃绝缘子集中自爆的原因，本文统计了线沿线5个省份玻璃绝缘子自爆情况，分析绝缘子自爆规律和自爆原因。

2 玻璃绝缘子自爆规律分析

2.1 生产厂家分析

±800 kV该线路共使用了4个厂家的玻璃绝缘子，分别为A、B、C和D，按生厂厂家的不同，统计不同生产厂家的自爆情况，结果见表1。

表1 不同生产厂家玻璃绝缘子自爆情况Table 1 Self-blast insulators in different factories

由表1可知，线路玻璃绝缘子厂家之间存在明显的差异性，从自爆片数占比来看，A厂家绝缘子自爆片数占比远大于另外3个厂家，D厂家自爆片数最少。由于各厂家的玻璃绝缘子安装数量不同，统计各厂家的自爆率，A厂家玻璃绝缘子自爆率也远大于另外3个厂家，B和C厂家自爆率相当，D厂家自爆率最小。

2.2 自爆位置分析

为研究玻璃绝缘子自爆位置的规律，统计自爆玻璃绝缘子在绝缘子串上的位置分布。选取N、H和Z 3个省份，对玻璃绝缘子沿串自爆位置从导线端到杆塔端进行统计，统计的自爆片数与自爆位置的关系见图3-图5。

图3 N省区段自爆玻璃绝缘子沿串分布Fig.3 Distribution of self-blast glass insulators(N section)

图4 H省区段自爆玻璃绝缘子沿串分布Fig.4 Distribution of self-blast glass insulators(H section)

图5 Z省区段自爆玻璃绝缘子沿串分布Fig.5 Distribution of self-blast glass insulators(Z section)

从图3-图5自爆绝缘子沿串分布规律可知，无论是极Ⅰ侧还是极Ⅱ侧，自爆位置多发生在玻璃绝缘子串导线端与杆塔端，而中间位置的自爆数量则较少。自爆沿串分布大致呈“马鞍”形，与绝缘子表面的电场分布具有较高的契合度，说明电场强度的大小对玻璃绝缘子的自爆存在影响。玻璃绝缘子集中自爆的发生与电场强度有关，电压等级越高，同位置的电场强度就越大，这种影响就越大。

2.3 污区等级分析

根据线路杆塔所处污区等级，±800 kV该线路玻璃绝缘子全部处于b-e级污秽区。污区等级不同，绝缘子的积污程度有差异，统计不同污区下绝缘子自爆情况，见表2。

表2 不同污区玻璃绝缘子自爆情况Table 2 Self-blast insulators at different levels of pollution

从自爆片数占比来看，线路自爆的玻璃绝缘子处于c级污区最多，b级污区其次，e级污区最少；不同污区安装片数不同，统计不同污区的自爆率，b级和c级污区玻璃绝缘子自爆率也大于d级和e级污区。可见，玻璃绝缘子运行中发生自爆和污秽有关，在积污、受潮和电场综合作用下玻璃绝缘子极有可能发生自爆。玻璃绝缘子自爆受表面积污影响，但并不是污秽等级越高，就更容易发生自爆。

2.4 自爆月份分析

在投入运行中，线路玻璃绝缘子的自爆情况随月份变化较大，为了揭示其规律，统计玻璃绝缘子自爆的月份，分析绝缘子自爆与月份的关系，结果见图6和图7。

图6 H省区段自爆玻璃绝缘子月份统计Fig.6 Amount of self-blast glass insulators with month(H section)

图7 Z省区段自爆玻璃绝缘子月份统计Fig.7 Amount of self-blast glass insulators with month(Z section)

从图6和图7中H和Z省玻璃绝缘子自爆月份规律可知，玻璃绝缘子自爆大多集中在夏季，这与夏季雷雨季节的雷击有关，并且夏季昼夜温差大，日照时间比较长，使得绝缘子局部内应力不均匀，容易产生自爆。

2.5 是否涂RTV分析

±800 kV该线路沿线N、S、H、A和Z 5个省份，除Z省外，其余4省安装的玻璃绝缘子均刷涂了RTV涂料。其中，A厂家的玻绝缘子安装在H、A和Z 3个省份，以A厂家为例，分析涂RTV对玻璃绝缘子自爆的影响。

表3 A厂家玻璃绝缘子不同省份自爆片数Table 3 Self-blast insulators of A in different provinces

从表3可知，未涂RTV涂料Z省区段玻璃绝缘子自爆片数明显多于涂RTV涂料H和A省区段。由于A厂家在各省份安装的玻璃绝缘子数量不同，统计3个省份的自爆率，未涂RTV涂料的Z省和涂RTV涂料的H和A省自爆率相差不大。可见，RTV涂料刷涂与否并不是导致玻璃绝缘子集中自爆的主要因素。

3 玻璃绝缘子自爆原因分析

3.1 产品存在质量问题

±800 kV该线路玻璃绝缘子厂家之间存在明显的差异性，玻璃绝缘子自爆率差异较大。产品的质量问题是线路玻璃绝缘子集中自爆的重要原因。

玻璃绝缘子经钢化处理后，玻璃件内层获得张应力，表面层形成压应力，这两层应力在玻璃件内相对平衡和均匀分布[12]。在制造中，若杂质分布在内张力层时，产品制成后的一段时间内，部分会发生自爆，故制造单位在产品制造后应存放一段时间，以便发现制造中存在的质量隐患。若杂质或结瘤分布在外压缩层，在输电线路上运行一段时间后，在遇到强烈的冷热温差和机电负荷作用下，有可能引发玻璃绝缘件自爆[13-14]。

3.2 温度和机械载荷影响

线路投运于8月份，气温较高且昼夜温差大，玻璃绝缘子受温度和昼夜温差变化的影响，持续高温或温度由冷到热变化，因冷热不均导致发生集中自曝现象。

另外，±800 kV该线路采用大截面积导线，水平拉力较大，导线由于热胀冷缩所受拉力在逐渐变化，机械荷载的变化会对玻璃绝缘子自爆率造成一定影响。

3.3 电场强度影响

线路投运以来，玻璃绝缘子自爆位置沿串分布大致呈“马鞍”形，与绝缘子串的电场分布有较好的一致性，电场强度对玻璃绝缘子的自爆有重要影响。运行中玻璃绝缘子表面的积污层受潮后，在工频电压作用下发生局部放电，表面泄漏电流增大，由局部放电引起的长期发热和电晕会导致玻璃件绝缘下降，对玻璃件造成损伤，引发玻璃绝缘子零值自爆。

3.4 防污闪RTV涂料不能防自爆

玻璃绝缘子喷涂有RTV涂料后，虽然防污闪效果显著，但积污较为严重，且涂覆RTV后表面污秽层不容易被冲刷，容易形成一层清洗不掉的污垢。在受潮过程中，虽然憎水性表面不能形成连续水膜，但随着受潮程度加深，水珠不断变大，越来越多的盐分溶解在水珠内。在电场等作用下，场强较大的地方容易形成沿电场方向的水带，水带的形成将加强水带两端的电场强度。水珠与水带的出现会改变外绝缘表面电场分布，使得区域场强变大，出现局部电弧，造成玻璃体局部受热不均匀，从而引发绝缘子的自爆。

4 结论

针对±800 kV某特高压直流线路玻璃绝缘子集中自爆现象，从生产厂家、自爆位置、污区等级、自爆发生月份和是否涂RTV 5个方面，对线路玻璃绝缘子自爆进行了规律统计和原因分析，得到如下结论：

1)玻璃绝缘子的质量问题是发生集中自爆的重要原因，玻璃绝缘子厂家之间的自爆情况存在明显的差异性。

2)玻璃绝缘子自爆位置沿串分布大致呈“马鞍”形，与电场分布有较好的一致性。电场强度对玻璃绝缘子的自爆有重要影响，且电压等级越高，这种影响就越大。

3)玻璃绝缘子自爆受表面积污影响，但并不是污秽等级越高，就更容易发生自爆。玻璃绝缘子自爆大多集中在夏季，这与夏季雷雨季节的雷击和昼夜温差大有关。

4)涂RTV的玻璃绝缘子有显著的防污闪效果，但不能防绝缘子自爆，且对绝缘子自爆存在一定影响。