某光伏站110 kV 出线绝缘子整串多次炸裂的原因分析

李占龙

（中国三峡新能源（集团）股份有限公司， 河北 张家口 075000）

引言

线路高压瓷质绝缘子由于具有良好的电气、机械、耐电弧、抗污闪、化学稳定及抗老化性能等优点，在高压、超高压以及特高压输电线路中得到广泛的应用。线路高压瓷质绝缘子常年处在空气中，受大气环境多种因素的影响，长时间运行或者受力较大情况下，会产生低值、零值绝缘子，因此在设计中对受力较大的耐张绝缘子串中人为增加1 至2 片的绝缘子片，来抵消常年运行产生的零值绝缘子。

1 线路的基本情况

线路为单分裂导线，双地线，全长19.61 km，其中架空线路长18.98 km，电缆线路长0.63 km，地形为100%丘陵，海拔高度1 500 m，线路不换位，终端塔调相。导线型号：JL/GIA-240/30 钢芯铝绞线，电力电缆：ZR-YJLW02-64/110kV-1×400 mm，地线：OPGW-13-100-2。共62 基塔，直线塔44 基，耐张塔18 基，利旧终端塔1 基。导线绝缘子采用型号：U70BP/146D，悬垂串采用8 片绝缘瓷瓶，耐张串和跳线串采用9 片绝缘瓷瓶，其安全系数如表1 所示。

表1 线路绝缘子安全系数

2 故障情况

2021年08月13日01 时23 分，该110 kV 线路差动保护动作，判别B 相故障，为B 相单相接地故障，故障后线路重合闸成功。故障时天气晴，无风。巡视线路发现1 号耐张塔下散落很多破碎的绝缘瓷瓶和钢帽，1 号耐张塔B 相双联绝缘子串一联绝缘瓷瓶炸裂，掉落绝缘子砸坏了下方的C 相部分绝缘瓷瓶。

2021年10月27日12 时12 分，该110 kV 线路差动保护动作，判别A 相故障，为A 相单相接地故障，故障后线路重合闸成功。故障时天气大雾，无风。巡视线路发现14 号耐张塔下散落很多破碎的绝缘瓷瓶和钢帽，14 号耐张塔A 相双联绝缘子串一联绝缘瓷瓶炸裂，将跳线悬垂串的部分瓷瓶砸坏。

2021年11月05日13 时14 分，该110 kV 线路差动保护动作，判别A 相故障，为A 相单相接地故障，故障后线路重合闸成功。故障时天气晴，无风。巡视线路发现25 号耐张塔下散落很多破碎的绝缘瓷瓶和钢帽，25 号耐张塔A 相双联绝缘子串一联绝缘瓷瓶炸裂，如图1 和图2 所示。

三次故障发生均为耐张绝缘子串炸裂导致线路单相接地，绝缘子串炸裂脱落后线路重合闸成功。三次故障现象和类型相似故合在一起分析原因。

3 故障分析

高压瓷质绝缘子的种类很多，但其基本结构类似，主要是区别在于瓷件上，有钟罩型、双伞型等[1]，本线路采用的是最常见的双伞型结构瓷质绝缘子，结构图如图3 所示，其参数如表2 所示。

表2 双伞型绝缘子参数

同普通的瓷质绝缘子相比，双伞型结构瓷质绝缘子具有爬电距离大、自然积污率低、防污性能好的优点。瓷质绝缘子各部件的膨胀系数是不同的，瓷件的膨胀热膨胀系数4×10-6/℃，水泥的热膨胀系数10×10-6/℃，金属的热膨胀系数12×10-6/℃[2]。瓷质绝缘子长期受机电负荷和不同的环境温度，这些材料紧密粘连，各自不可以自由膨胀，会产生内部和疲劳效应，将会导致绝缘子强度、机械强度下降加速绝缘子老化。根据CIGRE 的统计，瓷绝缘子的整体失效率在0.01%以下，我国电力部门统计资料显示，失效率为0.05%～0.66%。

对更换下的一联绝缘瓷瓶用5 000 V 绝缘摇表测单片的绝缘值的R60，如表3 所示。

表3 替换下的绝缘瓷瓶绝缘值 MΩ

据《劣化悬式绝缘子检测规程》DLT626-2015 对低（零）值绝缘子的规定[3]：500 kV 及以上电压等级运行的绝缘子的绝缘电阻低于500 MΩ，330 kV 及以下电压等级运行的绝缘子的绝缘电阻低于300 MΩ 为低（零）值绝缘子。110 kV 运行同联绝缘子累计达到3 片，需整串更换。

通过绝缘子试验，可判定故障的直接原因为故障前已存在多片低值（零）绝缘子，有大电流通过是引起劣化绝缘子发生炸裂的根本原因。当低（零）值绝缘子在湿度较大情况下，也可能为钢帽内置胶合水泥长期慢性吸湿达到一定的饱和，低零值绝缘子串承受工频过电压而发生工频闪络或者遭受雷击时形成击穿电压。此时劣质绝缘子内部流过大电流，造成绝缘子被击穿，电流流过绝缘子内部击穿通道中的水分，同时产生高温，热效应引起不同热膨胀系数的钢帽及内置水泥和嵌入部分伞裙被加热并出现不同程度膨胀。同时当水泥到一定温度时水泥的剪切强会快速降低，引起伞裙和钢帽炸裂，按正常情况情况，如果没有外部诱因，出现整联绝缘子瓷瓶及钢帽同时炸列可能性很小。外部诱因可能为较大的冲击过电压，故障时没有雷电活动可以排除是雷电过电压导致的绝缘子串内部击穿。出现绝缘瓷瓶炸裂的三基塔均为耐张塔，可能耐张绝缘子长期承受较大的耐张力是产生低零值绝缘子串的一个主要诱因。

当任一片绝缘子钢帽出现炸裂时都会发生绝缘子串脱落现象，都应该残留有一部分伞裙未炸裂，从现场整串绝缘子瓷裙全部炸裂来看有可能为该串绝缘子中出现一定数量的低（零）值后，这些低（零）值绝缘子伞裙先出现炸裂，导致泄漏爬距大幅减小，引起其它绝缘子伞裙炸裂，形成骨牌效应，当泄漏爬距减小到一定极限后，部分钢帽及残留的瓷相同时出现炸裂，引起线路单相接地跳闸[4]。

4 出现上述现象的原因

1）该线路所在地区为三级舞动区，可能耐张段内耐张绝缘子所受的力太大，容易产生低（零）值绝缘子。

2）该批次绝缘子存在质量问题，从目前发生故障处均为耐张绝缘子判断, 如果是绝缘子存在批次质量问题，首先出现问题的应该是悬垂绝缘子串，因为悬垂串比耐张串少一片绝缘子，可以经过测量悬垂绝缘子低（零）值来验证此种可能性。

5 处理及预防措施

1）验算耐张绝缘子的受力情况，如果受力超过规定值，建议更换抗拉强度高一级的绝缘子串和连接金具。

2）按照规程要求测量全线绝缘子的低（零）值情况，对存在问题的绝缘子进行更换。

3）可以跟换为钢化玻璃绝缘子。此种绝缘子具有零值自破、免于测零、自洁性能好、不易老化等优点。

4）对绝缘子进行在线监测，动态掌握绝缘子的运行状态，提高线路安全运行水平。

5）据《DL/T 741—2010 架空输电线路运行规程》规定[5]盘型绝缘子绝缘测试周期为220 kV 及以下为10 A、330 kV 及以上为6 A，对位于多雷区及污染严重区段的绝缘子必须差异化制定检测及清扫周期，及早发现和防范劣化绝缘子，防止发生因劣化绝缘子炸裂引发的线路跳闸乃至掉串事故。

6）施工阶段绝缘子安装时，按照《GB50150—2016电气装置安装工程电气设备交接试验标准》规定的试验方法，用绝缘摇表对同批次产品数量进行10%绝缘电阻抽查，对同一批量中的不合格率不应大于0.02%。