幾種常見復合絕緣子的缺陷及診斷方法

王原生,周 焱,白躍華

(忻州供電分公司,山西忻州 034000)

幾種常見復合絕緣子的缺陷及診斷方法

王原生,周 焱,白躍華

(忻州供電分公司,山西忻州 034000)

分析了運行中復合絕緣子出現的絕緣子破壞、絕緣子閃絡等問題及產生的原因,提出觀察法、泄漏電流法、紫外成像法、紅外測溫法等早期診斷方法,為及時發現復合絕緣子存在的問題,有效降低復合絕緣子缺陷,避免設備出現斷串掉線事故提供參考。

輸電線路;復合絕緣子;診斷方法

0 引言

復合絕緣子的應用已有近40 a的歷史,已在27個國家和地區使用。大量運行經驗表明復合絕緣子與瓷絕緣子相比有著不可比擬的優點:重量輕(僅為瓷絕緣子的1/10)、易安裝;強度高、抗沖擊 (玻璃纖維芯棒的強度是普通鋼的1.5～2倍,比高強度瓷高3～5倍);復合絕緣子表面憎水性和憎水性遷移的特點使其具有很強的耐污能力 (同等污穢條件下復合絕緣子閃絡電壓是瓷絕緣子的2～3倍);不存在檢測零值絕緣子的問題。基于這些優點復合絕緣子越來越受到歡迎[1,2]。

隨著復合絕緣子在高壓輸電線路上日益廣泛的應用,因其生產工藝、生產質量缺陷或老化、外力破壞及污穢引起的故障逐漸增多,對電力系統安全運行造成的威脅也不斷加劇。為了及時發現復合絕緣子的事故隱患、避免突發事故、提高電力系統運行的安全可靠性,開展復合絕緣子在線檢測是非常有必要的。

在眾多復合絕緣子早期在線檢測方法中,紅外測溫法是最有效的。

1 復合絕緣子常出現的問題

1.1 絕緣子破壞

導致電網惡性事故的絕緣子損壞:包括界面擊穿、金具脫落、芯棒脆斷等[3]。產生的主要原因如下。

a)復合絕緣子的產品質量還不夠穩定,產品出廠檢測不能發現某些潛在缺陷。

b)復合絕緣子不合規范操作或在長期運行過程中機械強度下降、金具松動、芯棒有酸性氣體侵入,致使芯棒脫落或脆斷。

c)長期運行中硅橡膠劣化引起絕緣子絕緣電阻降低,一些運行過的絕緣子傘裙彈性減弱,易撕裂,這表明硅橡膠表面材質起了變化。

d)外力。作用復合絕緣子出現不易察覺損壞,運行中由于局部放電的長期侵蝕使損壞嚴重,導致絕緣子界面擊穿的主要原因。

1.2 絕緣子閃絡

絕緣子閃絡產生的主要原因如下。

a)絕緣子質量不穩定。

b)雷擊閃絡。

c)鳥害閃絡。

d)污閃。復合絕緣子雖然有很好的防污穢能力,但在重污區以及重粉塵區一遇上持續大霧、連陰雨、結露及融冰雪等潮濕天氣,少數爬距比較小的復合絕緣子還是會發生閃絡。

2 復合絕緣子缺陷的形成

2.1 復合絕緣子表面的電蝕損及電灼痕跡的形成

復合絕緣子在長年運行中,大氣中的各種污穢會逐漸沉積在傘裙表面形成污穢層,遇小雨、大霧等高濕度天氣時絕緣子表面就會布滿細小的水珠,沿面電壓也隨之改變,水珠間的干燥點承擔主要電壓。由于表面電阻減小,沿面泄漏電流大為增加,當干燥點的電位梯度大到一定程度后就會降低該處傘裙護套的表面憎水性,使表面電阻進一步減小,泄漏電流進一步增加,出現若干個比干燥點范圍更大的干帶,并在干帶表面引發比火花放電更強烈的局部小電弧。局部小電弧的反復作用則會使耐漏電起痕及電蝕損性不高的材料降解,最終導致復合絕緣子表面破損出現導電碳化通道,很容易造成絕緣子閃絡或其他故障。研究表明,強電場下的局部放電、熱脹冷縮、受潮水解和紫外線等高能射線的長期作用,是導致復合絕緣子老化的主要原因,絕緣子的機電性能會因老化而退化[4]。

2.2 復合絕緣子芯棒的脆斷

芯棒是一種單向纖維增強復合材料,并且通常不是脆性極高的材料。芯棒短時拉伸斷裂形態是纖維在芯棒中不同位置的逐漸斷裂,同時伴隨大量的纖維與樹脂基本的分離分層現象,斷口粗糙如掃帚或齒牙形。對于復合絕緣子芯棒而言,其短時拉伸斷裂一般是從應力集中的金具與芯棒連接區域起始[5]。

a)大多數脆斷發生的位置靠近高壓端金具口部以外,此處是復合絕緣子電場強度和機械應力最高的區域,但也有少數發生在距金具稍遠或金具以內的位置[6]。

b)脆斷絕緣子所承受的機械負荷并不高,按照絕緣子強度蠕變的規律來推算,芯棒不會在此運行時間內出現斷裂現象[7]。

c)芯棒脆斷事故發生的時間難以預計。短至1個月,長至十幾年均可能發生。研究表明,造成運行過程中復合絕緣子芯棒脆斷的主要原因是由于芯棒與金具連接部位密封不好,造成密封膠與金具粘結的薄弱界面開裂,外部酸雨經裂開的縫隙直接滲透到芯棒裸露部位,這些酸性物質緩慢腐蝕芯棒使得芯棒產生裂紋,酸雨進一步侵蝕最終造成復合絕緣子的芯棒脆斷。

3 復合絕緣子早期診斷方法

3.1 觀察法

巡視人員巡視時,用雙筒望遠鏡在塔下檢查復合絕緣子表面缺陷,如絕緣傘裙受侵蝕、變粗糙,外覆層侵蝕的溝槽和痕跡,絕緣傘裙閃絡,傘裙或外覆層開裂,外覆層破碎,芯棒外露等。但該方法存在的缺點是,在地面觀察復合絕緣子時,受角度和距離影響,結果不可靠,且很難發現復合絕緣子內部的絕緣問題。該方法只適宜進行復合絕緣子外部檢查。

3.2 泄漏電流法

泄漏電流測量法利用泄漏電流沿面形成原理,通過絕緣子接地側安裝引流卡或電流傳感器在線實時測量泄漏電流,經信號處理單元算出一段時間內泄漏電流的各種統計值 (如峰值平均值、峰值最大值或大電流脈沖數),將數據送到數據總站,運用專家知識和自學習算法評估和預測絕緣子的積污情況,為絕緣子狀態檢測提供依據。泄漏電流法主要用于檢測絕緣子的污穢程度。泄漏電流法存在的主要問題是必須加裝一片瓷絕緣子來截取泄漏電流,這對整個復合絕緣子串的機械、電氣強度都會有影響,并且泄漏電流法難以反映復合絕緣子的劣化程度,其實際應用受到制約。

3.3 紫外成像法

電子紫外光學探傷儀可帶電檢測復合絕緣子表面局部放電形成的碳化通道和蝕損,其原理是局部放電過程中帶電粒子復合會放出紫外線,當絕緣子表面形成導電性碳化通道時,局部放電加劇。電子紫外光學探傷儀可檢測和記錄潮濕環境中,復合絕緣子表面污染放電、表面腐蝕放電或安裝不當連接金具、均壓環上的強電暈放電。缺點是需在正溫度環境下操作;檢測時必須是正在發生局部放電,故需在高濕度甚至有降雨的環境中進行。該方法只適宜進行復合絕緣子局部放電檢查。

3.4 紅外測溫法

紅外測溫法是一種實用、方便的現場檢測方法,它通過檢測局部放電、泄漏電流引起的局部溫度升高,較為直觀地發現早期缺陷跡象。凡紅外檢測發現有明顯局部過熱點的絕緣子,其硅橡膠表面均顯著發黑、粉化及變脆、變硬,有的有許多細小裂紋,憎水性基本喪失;甚至有的絕緣子護套有明顯的破損點,而紅外檢測正常的絕緣子硅橡膠保持原來的鮮艷色澤,彈性及憎水性也較好。該方法適宜定期的紅外測溫檢查,能夠在不影響線路正常運行的情況下,較好地檢測出復合絕緣子存在的芯棒與護套界面粘接不良、芯棒本身材質不良、護套老化等缺陷,是目前輸電線路中最有效的檢測復合絕緣子的非電量檢測法。

3.5 定期抽查

定期對復合絕緣子進行各項抽查試驗,并及時通報檢測報告,根據檢測結果對復合絕緣子制定相應的清掃、檢修策略。根據 《山西省電力系統合成絕緣子使用管理規定》(晉電生技 [2005]82)要求,運行年限小于10 a的復合絕緣子,每年至少定期進行憎水性測量1次,運行年限超過10 a的,每年至少定期進行憎水性測量2次,如發現憎水性低于HC5級時,應及時更換該復合絕緣子。

4 結論

隨著電網的不斷擴張,復合絕緣子的應用越來越廣泛,同時,在運行中發生各種故障的機會也會不斷增加,對于復合絕緣子的使用,應綜合考慮,努力揚長避短,以發揮它的最大功效。在實際使用中,應積極開展復合絕緣子早期診斷。紅外熱成像檢測作為一項先進的診斷技術,必將越來越廣泛地應用到輸電線路運行中。

[1] 楊濤.合成絕緣子優缺點 [J].農村電工,2002(5):36.

[2] 周志敏.硅橡膠合成絕緣子的發展及其應用[J].大眾公用,2004(6):20-22.

[3] 包軍,余文輝,胡鐵斌.合成絕緣子的性能與缺陷檢測[J].湖南工程學院學報 (自然科學版),2001(Z1):32-35.

[4] 宿志一.運行中合成絕緣子存在的問題與原因分析[J].中國電力,1995,32(7):2-6.

[5] 徐其迎,李日隆.合成絕緣子的性能及應用問題探討 [J].絕緣材料,2003(2):9-11.

[6] 李敬雄.淺談合成絕緣子 [J].四川電力技術,2003(4):47-48.

[7] 王海躍,李香龍,汲勝昌,等.合成絕緣子在線檢測方法的現狀與發展 [J].高電壓技術,2005(4):39-44.

Common Defects and Diagnosis Method of Composite Insulator

WANG Yuan-sheng,ZHOU Yan,BAI Yue-hua
(Xinzhou Power Supply Branch,Xinzhou,Shanxi 034000,China)

Problems and causes are analyzed on insulator damage and flashover in composite insulator operation.The early diagnosis methods are proposed such as observation,leakage current,ultraviolet image,and infrared temperature measurement in order to find defects,reduce defects and avoid line disconnection for composite insulator.

transmission line;composite insulator;diagnosis method

TM216,TM854

B

1671-0320(2010)01-0016-02

2009-08-25,

2009-12-17

王原生 (1975-),男,山西呂梁人,2001年畢業于太原理工大學電力系統及其自動化專業,工程師,主要研究方向為高電壓技術;

周 焱 (1973-),男,山西五臺人,2005年畢業于西安交通大學高電壓專業,工程師,主要研究方向為高電壓技術;

白躍華 (1976-),男,山西五臺人,2005年畢業于西安交通大學高電壓專業,工程師,主要研究方向為高電壓技術。