一起输电线路耐张绝缘子断串事故分析

隋东阳，周显明，冯恩刚，李兆欣

（国网山东省电力公司诸城市供电公司，山东 诸城 262200）

1 事件概述

2020 年 11 月 17、18 日，某地 220 kV 线路连续跳闸，经巡视发现跳闸是由于#6塔A相大号侧耐张瓷绝缘子单串断串和#31 塔B 相大号侧耐张瓷绝缘子双串断串导致。

经查阅档案，该220 kV线路投运日期为2018年8 月，线路全长11.77 km，共计杆塔40 基。导线型号为2×JL/LB20A-400/35，耐张瓷绝缘子型号为U120BP/146D，生产厂家为某瓷科技股份有限公司。

17日、18日事故发生时天气为南风转北风，风力7～8级，阵风9～10级，小到中雨。

2 现场检查情况

#6杆塔现场耐张瓷绝缘子为双串双联结构，单串由18 片瓷绝缘子组成，断裂串中10 片铁帽炸裂，3 片瓷伞炸裂。双串中另一串绝缘子瓷伞炸裂4 片，分别为横担侧起第1～3 片和第7 片。A 相小号侧其中一串绝缘子第1片瓷伞炸裂。除故障相外，在被更换的绝缘子中还发现C相大号侧一串绝缘子第1片瓷伞炸裂，C相小号侧一串绝缘子第1片伞裙缺失。

#31 塔B 相大号侧断裂的双串双联绝缘子，单串由18片瓷绝缘子组成，36片中共有25片零（低）绝缘子，其中17片铁帽炸裂、3片瓷伞炸裂、5片零（低）值（有瓷伞的16片摇绝缘发现）。

3 绝缘子试验检测情况

3.1 检零试验

对#6杆塔现场更换下来的11串绝缘子198片进行检测，共发现155 片零（低）值绝缘子，比例高达78%。零值绝缘子分布如表1所示（伞裙编号从横担侧依次递增，×为零值绝缘子，○为正常绝缘子。）

表1 零值绝缘子分布

3.2 跳火花试验

对线路停电检修现场检零发现的23片正常绝缘子进行跳火花试验。试样编号按表1 所示，分别为A相大号侧串1-11、12、16，A相小号侧串1-8、9、10、11，A 相小号侧串2-1（标号后面部分被蹭掉了，火花未通过）、9、12、13、15、18，C 相大号侧串1-8、11、12、13、15、18，C相大号侧串2-9、11、12、16，施加60 kV 电压5 min，观测电弧及绝缘子状态，结果显示13 片未通过测试，为零（低）值绝缘子（如表3所示）。

3.3 温度循环试验

按照国家标准将瓷绝缘子迅速完整地浸入到83 ℃的热水，保持15 min；将绝缘子迅速放入温度为12 ℃的冷水中，保持15 min，整个过程循环3次，将瓷绝缘子取出。

对A相小号侧串1-10、C相大号侧串1-12、C相大号侧串1-18 和1 片未标记的绝缘子进行温度循环试验，经检验未发现裂纹，进行60 kV、5 min 工频火花试验，无击穿，均通过试验。

3.4 油中击穿试验

对A相小号侧串1-9、C相大号侧串1-8、C相大号侧串2-9、C 相大号侧串2-12 进行油中击穿测试。将带有金具的完整瓷绝缘子片浸入绝缘油中，对绝缘子两端施加约120 kV的工频电压，检验瓷绝缘子片的绝缘性能，均通过油中击穿测试。

3.5 机电破坏试验

对6片通过火花试验的瓷绝缘子施加40 kV工频电压，同时两侧施加一定拉力，进行机电破坏测试，结果显示6片绝缘子均未通过测试（如表2所示）。

表2 机电破坏试验检测结果

3.6 试验结果分析

综合以上各项试验结果，绝缘子出现大量零值，机电破坏试验所有试验绝缘子片均未通过，绝缘子的机械和电气性能均有明显下降（如表3所示）。

表3 故障杆塔瓷绝缘子试验检测结果

4 主要原因及技术分析

经事故调查小组对该输电线路断串的耐张绝缘子进行了分析，分析认为造成的原因如下：

4.1 耐张瓷绝缘子制作过程管控不严

瓷绝缘子在制作过程中受配料比例使用不当、原材料混合不均匀、焙烧温度误差较大等原因影响，可能导致瓷绝缘子件形成吸湿性闭口气孔。瓷绝缘子在成型时受真空度达不到要求、整体受力不均匀等原因影响，可能导致瓷绝缘子本体存在内应力，内应力会在使用过程中根据工况情况进行释放，从而导致瓷件表面略微裂纹，在载荷作用下裂纹逐渐扩大，最终导致瓷绝缘子断裂。耐张瓷绝缘子一般用水泥作为胶合剂，水泥吸收水分和二氧化碳后体积会变大，而且受冬季气温影响反复冻结和融解也会导致体积会变大，水泥在吸收和释放、冻结和融解水分过程中会形成吸湿性气孔，并产生众多裂纹，加速瓷绝缘子本体劣化，最终形成“零值”瓷绝缘子，同时降低了瓷绝缘子串的整体爬电距离，提高了闪络故障的发生概率。

4.2 耐张瓷绝缘子材料膨胀系数不同

耐张瓷绝缘子是由瓷件、水泥和铸铁件3 种主要材料粘结在一起制作而成，这3 种材料的热膨胀系数和导热系数均不同，瓷件、水泥和铸铁件的热膨胀系数分别约为 5×10-6/℃、10×10-6/℃和 12×10-6/℃。水泥和铸铁的热膨胀系数远大于瓷的热膨胀系，瓷绝缘子在长期运行过程中受阳光、雨雾、凝露和冰雪等自然条件的影响，使本体承受较大的不均匀结构应力，加上长期的疲劳效应、累积效应等自然老化因素，加速了固有性能的降低，瓷绝缘子的强度也随之降低。长期的运行经验表明，瓷绝缘子在夏季的劣化率比冬季高数倍，特别是烈日暴晒后又突然遇雷雨、冰雹等强对流天气，受本体热膨胀系数、导热系数不同的影响，各部件不会同步收缩，瓷绝缘子的局部位置将会承受很大的本体应力，甚至导致瓷绝缘子开裂。

4.3 耐张瓷绝缘子受击穿和闪络影响

运行中的瓷绝缘子须长期承受电网、雷击等电压或短时过电压的作用，当环境潮湿污秽时会出现电晕甚至产生闪络，导致瓷绝缘子局部发热、裂纹扩散，甚至发生击穿。当电压击穿发生在瓷绝缘子内部时，瓷绝缘子会通过铁件、钢脚等之间的瓷件放电，放电后瓷绝缘子外表一般不会留下痕迹，但整体绝缘性能已经完全失去。当瓷绝缘子局部被击穿或闪络后，瓷绝缘子已经失去了相应的电气及机械性能，如果在运行中未及时发现并更换，瓷绝缘子的电气及机械性能会逐渐消失，最终引起绝缘子运行事故。通过对现场断串的瓷绝缘子分析发现，绝大部分瓷绝缘子的铁帽上存在被电弧烧伤的痕迹。

5 预防事故发生的管控措施

针对正在运行的瓷绝缘子，管理单位按瓷绝缘子生产厂家进行排查、分类，针对可能存在隐患线路利用红外测温或带电作业逐片进行外观检查和零值检测，若发现检测零值过高，须对整条线路的瓷绝缘子进行抽样试验，若试验通过，管理单位针对零值瓷绝缘子进行更换；若试验未通过，管理单位须对整条线路同型号瓷绝缘子进行更换。

针对正在施工的线路工程，瓷绝缘子到货后，管理单位应组织设计单位、监理单位、施工单位开展开箱检验，按批次进行抽样试验，验收通过后本批次方能存储使用。瓷绝缘子安装前，管理单位应组织逐片开展外观检查，做好检测记录并存档，满足要求后方能安装使用，杜绝不合格瓷绝缘子挂网投运。

瓷绝缘子挂网投运后，管理单位须组织加强监测，若发现零值过高或相关质量问题的瓷绝缘子须及时检测或更换。瓷绝缘子投运3年后应普测一次，之后可根据劣化率和运行经验适当延长检测周期，但最长不能超过10年。