大電流高壓柜支持瓷瓶斷裂原因分析及預(yù)防措施

（惠州供電局，廣東 惠州 516000）

大電流高壓柜支持瓷瓶斷裂原因分析及預(yù)防措施

謝 楊

（惠州供電局，廣東 惠州 516000）

本文通過一起10kV大電流高壓柜支持瓷瓶斷裂的缺陷案例，從材料的使用、安裝運輸過程中的操作、使用環(huán)境等方面對瓷瓶斷裂原因進行了分析，并提出相關(guān)的預(yù)防控制措施。

瓷瓶；斷裂；預(yù)防措施

支柱瓷瓶是高壓設(shè)備運行的重要部件，近年來，因支柱瓷瓶斷裂而發(fā)生的故障也并不少見。這一方面不僅會造成嚴重的電網(wǎng)事故、影響安全供電；另一方面還會對運行及檢修人員的人身安全構(gòu)成威脅，給電力系統(tǒng)安全運行帶來很大的隱患。因此，認真分析其斷裂產(chǎn)生的原因，及時采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施是很有必要的。

1 缺陷概況

2013年8月，惠州供電局某110kV變電站在停電檢修過程中，發(fā)現(xiàn)多組GN30-12/3150型隔離開關(guān)的多個支持瓷瓶出現(xiàn)不同程度的斷裂情況，如圖1所示。

由于GN30-12/3150型隔離開關(guān)原設(shè)計均為全國統(tǒng)一的設(shè)計形式，按照GB287.1-1998《高壓支柱瓷瓶絕緣子第一部分：技術(shù)條件》3.3絕緣子機械強度等級，選擇抗彎強度要求僅為不小于8kN。部分廠家的GN30-12/3150型隔離開關(guān)使用的支柱瓷瓶絕緣子強度有一定的分散性，一部分的抗彎強度可能稍低于8kN。再者8kN雖然已達到國家標準，但由于實際運行過程中對絕緣子所產(chǎn)生的作用力多方面的，會有可能超過8kN以上，所以正常的普通瓷瓶絕緣子也會有開裂的情況。

對于陶瓷支柱絕緣子來說，質(zhì)量的分散性較大。陶瓷內(nèi)部也存在許多形狀不同、大小和分布不等的結(jié)構(gòu)性空隙或隱蔽性裂紋：同時陶瓷的塑性變形能力又極差，所以受力時在裂紋尖端容易產(chǎn)生很高的應(yīng)力集中，并且材料的裂紋擴展抗力極低，在應(yīng)力峰值超過一定的大小時，裂紋就會很快擴展，直至發(fā)生脆性斷裂。

2 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場所了解的情況，支柱瓷瓶絕緣子的裂紋的位置、形狀、方向等情形各異，說明其所受到力的大小、方向、作用點有所不一樣。據(jù)分析外力影響大體有以下幾種情況：

（1）不良應(yīng)力

大電流高壓柜的母排電流都比較大，不同相的母排之間會產(chǎn)生較大的電動應(yīng)力：另外珠三角地區(qū)拉閘限電頻繁，而操作開關(guān)時也會產(chǎn)生一個沖擊力，這兩個力會在操作開關(guān)時對支柱絕緣子產(chǎn)生不良的橫向合力。這些因素使個別支柱絕緣子產(chǎn)生裂紋，產(chǎn)生了裂紋的絕緣子長期在連接母排的不良應(yīng)力及電動力的反復(fù)震動下運行，微裂紋逐漸擴大而引至加深。在應(yīng)力峰值超過一定的大小時，裂紋就會很快擴展，直至發(fā)生脆性斷裂。

（2）高溫度作用下的金屬材料系數(shù)變化

GN30-12/3150型隔離開關(guān)運行過程中，如果在負荷高峰時，電流過大會造成隔離開關(guān)觸頭溫度高及發(fā)熱現(xiàn)象。受溫度變化的影響，包括母排等金屬材料的物理性能發(fā)生變化（冷縮熱漲），改變了材料的工作長度，這一些的改變也可能引致對支柱絕緣子產(chǎn)生一定的應(yīng)力。

（3）母排與開關(guān)的連接與安裝

母排的連接和安裝較為重要，在連接時由于偏離較大而采取外力矯正時，對其支柱絕緣子的影響同樣大。母排的連接和安裝主要反應(yīng)下面的4個方面：

①母排安裝的吻合度；

②母排安裝的上下左右偏離度；

③母排安裝孔的同心度；

④母排安裝的平面度。

本次發(fā)生斷裂的瓷瓶都是3150A的大電流開關(guān)柜。開關(guān)柜內(nèi)的連接母排截面比較大，而且是雙母排或者是三母排。對于上述母排的4種安裝連接要求是比較高的。如果外力施加調(diào)整，位移間距較大時，其外力作用就會很大（上述4種安裝的偏離所產(chǎn)生于瓷瓶的作用力的方向都不一樣）。假如再加上產(chǎn)品通電過程中不斷形成的電動力、高溫作用下金屬材料的膨脹、開關(guān)的草紙應(yīng)力等影響，側(cè)施加于開關(guān)瓷瓶的作用力就會很大，當其作用合力達到某一峰值時，就有產(chǎn)出開關(guān)/刀閘瓷瓶爆裂的可能。

（4）由于支柱絕緣子瓷質(zhì)部分與金屬嵌件為不同的材料且為硬連接，當外部各處產(chǎn)出的應(yīng)力積聚傳遞至絕緣子時，已無法產(chǎn)出位移緩沖，而最終將應(yīng)力作用于瓷瓶上，造成瓷瓶開裂。

（5）支柱絕緣子用于澆裝嵌件的填充劑（一般采用環(huán)氧樹脂），其受熱膨脹系數(shù)可能比金屬嵌件及瓷瓶大，當支柱絕緣子在長期受熱狀態(tài)下，由于填充劑的膨脹體積比其它材料要大，當絕緣子內(nèi)部也么有足夠的緩沖空間，最好可能導(dǎo)致填充劑從內(nèi)部將瓷瓶撐裂。

圖1 5224C相上刀閘支持瓷瓶斷裂

經(jīng)過綜合各方面原因分析，本次絕緣子斷裂可能與安裝的環(huán)境條件有一定關(guān)系。因當初絕緣子是在變電站現(xiàn)場安裝，安裝過程中一些參數(shù)由于現(xiàn)場環(huán)境原因沒法與車間生產(chǎn)現(xiàn)場一樣要求得那么精細，在綜合以上條件，從而導(dǎo)致了重大缺陷的發(fā)生。

3 預(yù)防控制措施

針對上述的問題，在改進作業(yè)方式的同時，建議采取如下的預(yù)防控制措施：

（1）優(yōu)化支柱絕緣子瓷質(zhì)部分與金屬嵌件或金屬嵌件與銅導(dǎo)體之間的硬連接方式，增加絕緣紙墊或薄體金屬作連接過渡，減輕甚至消除應(yīng)力積聚對絕緣子的影響作用。

（2）改進填充劑的成分、填充工藝、填充部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，力求消除絕緣子在高溫環(huán)境下因內(nèi)部作用力而損壞絕緣子。

（3）出現(xiàn)類似瓷瓶開裂的缺陷，建議整個開關(guān)一起拆卸下來，經(jīng)過現(xiàn)場安裝人員重新調(diào)整，檢測各項技術(shù)指標合格后再重新安裝上去，盡量不要在變電站高壓柜內(nèi)現(xiàn)場更換零部件。

結(jié)語

支持瓷瓶絕緣子是高壓設(shè)備的重要絕緣部件，是設(shè)備安全穩(wěn)定運行的前提。本文通過對一起大電流開關(guān)柜支持瓷瓶斷裂原因的分析，找到相應(yīng)的預(yù)防控制措施，這對于確保瓷瓶的健康安全運行，保障電網(wǎng)的安全，具有積極的意義。

[1]羅飛.一起隔離開關(guān)瓷瓶缺陷案例分析[J].四川電力技術(shù)，2011（10）.

[2]呂琪.瓷瓶斷裂原因分析及預(yù)防措施[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008（03）.

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