一起66kV電容器組固定絕緣子爆裂事故分析

吳超平　邱曉麗

摘要：文章針對(duì)一起南方電網(wǎng)500kV水鄉(xiāng)變電站66kV電容器組固定絕緣子爆裂事故，闡述了其發(fā)生的經(jīng)過(guò)和潛在的風(fēng)險(xiǎn)，分析了導(dǎo)致該固定絕緣子自爆的原因，并提出了防范措施和改進(jìn)建議，為今后電力工作人員更好地維護(hù)絕緣子提供一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：固定絕緣子；66kV電容器組；爆裂事故；電力事故；瓷質(zhì)絕緣子 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM714 文章編號(hào)：1009-2374（2016）01-0071-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.01.036

瓷質(zhì)絕緣子由瓷質(zhì)和金具兩部分組成，在電網(wǎng)中牢固地支持和固定載流導(dǎo)體并將載流導(dǎo)體與地之間形成良好的絕緣。隨著制造工藝的進(jìn)步，絕緣子的電氣性能和機(jī)械性能都有了很大的提高。然而，由于運(yùn)行環(huán)境和氣候的變化，絕緣子會(huì)在運(yùn)行中出現(xiàn)開(kāi)裂和自爆的現(xiàn)象。

本文以500kV水鄉(xiāng)站66kV電容器組固定絕緣子爆裂的事故為例，分析了幾種導(dǎo)致絕緣子自爆的原因，并提出了防范措施和改進(jìn)建議。

1 設(shè)備概況

水鄉(xiāng)站采用1500MVA自耦變壓器，低壓側(cè)為66kV系統(tǒng)，每臺(tái)變低裝設(shè)4組108MVAR電容器組，每組由216臺(tái)500kVAR單體電容器組成，每相采用單CT星型橋差接線。圖1為水鄉(xiāng)站電容器組照片。

其中66kV電容器支柱絕緣子的生產(chǎn)廠家為撫順電瓷制造有限公司，型號(hào)為ZSW1.1-72.5/10-4，產(chǎn)品批次為ZJBHW2009（24055），于2015年5月15日投運(yùn)。

圖1 水鄉(xiāng)站電容器組照片

2 事故經(jīng)過(guò)

圖2 66kV電容器A相固定絕緣子爆裂 圖3 #3主變變中B相套管

2013年9月18日11時(shí)29分，值班員在操作斷開(kāi)66kV #3BM #3電容器組635開(kāi)關(guān)過(guò)程中聽(tīng)到一聲異響，隨后立即派人到635電容器組間隔檢查發(fā)現(xiàn)635電容器組A相導(dǎo)電鋁排與構(gòu)架之間的固定絕緣子發(fā)生了炸裂，并導(dǎo)致A37電容器套管損壞。

事件發(fā)生后，立即組織值班員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備巡視工作，發(fā)現(xiàn)此次炸裂影響范圍比較大，絕緣子碎片散落最遠(yuǎn)處約為30米，相鄰627、637電容器組圍網(wǎng)內(nèi)均發(fā)現(xiàn)絕緣子碎片。檢查中發(fā)現(xiàn)#3主變變中B相套管上有碎片撞擊后留下的痕跡（見(jiàn)圖3），經(jīng)檢查、測(cè)溫后初步判斷暫不影響運(yùn)行。其他影響半徑范圍內(nèi)的設(shè)備檢查無(wú)異常。

3 故障隔離

3.1 故障隔離

（1）立即在監(jiān)控后臺(tái)的電容器組一次接線圖的635開(kāi)關(guān)及受影響范圍間隔開(kāi)關(guān)上掛“禁止操作”牌；（2）將66kV #3BM #3電容器組635開(kāi)關(guān)控制把手打至“就地”位置；（3）現(xiàn)場(chǎng)檢查受影響范圍內(nèi)的一次設(shè)備，并加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備的巡視與測(cè)溫工作；（4）報(bào)缺陷，通知相關(guān)專業(yè)班組，等待調(diào)度下令進(jìn)行停電處理。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)分析

66kV電容器鋁排固定絕緣子與構(gòu)架距離較短，特別是絕緣子破裂后，裸露的金屬部分造成鋁排與構(gòu)架距離進(jìn)一步減小，兩者之間容易產(chǎn)生放電，并可能造成接地。而且一個(gè)支持絕緣子破裂后會(huì)使鋁排的支持力減小，再次承受電動(dòng)力時(shí)，發(fā)生連鎖反應(yīng)，造成相鄰固定絕緣子繼續(xù)破裂。

4 事故原因分析

出現(xiàn)電容器組瓷質(zhì)固定絕緣子爆裂可能的原因有：

4.1 固定絕緣子自身質(zhì)量影響

66kV電容器組固定絕緣子采用的是瓷絕緣子。瓷是一種脆性材料，本身抗拉能力很小，瓷的制作材料也很難獲得穩(wěn)定的成分，加之絕緣子制作過(guò)程又比較復(fù)雜，很難排除生產(chǎn)過(guò)程中工作人員對(duì)絕緣子性能的人為影響，所以瓷絕緣子很難獲得穩(wěn)定的電氣特性和機(jī)械特性。

4.2 污穢影響

瓷質(zhì)絕緣子在污染嚴(yán)重的地區(qū)或運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，其表面都會(huì)積聚有導(dǎo)電性能的污穢物質(zhì)，這些污穢物質(zhì)會(huì)在瓷瓶表面形成導(dǎo)電液膜，使得瓷絕緣子的耐壓水平大大降低，在遇到霧、露、雨、雪等潮濕的天氣時(shí)，會(huì)使污穢層的電解質(zhì)溶解、電離、導(dǎo)致污穢層電導(dǎo)增加，這時(shí)絕緣子表面的泄露電流就會(huì)增加，在電流密度比較大的部位，其周圍的空氣被擊穿，沿著絕緣子的表面放電，成為閃絡(luò)。閃絡(luò)導(dǎo)致發(fā)熱，引起絕緣下降，而發(fā)生爆裂。污穢分布不均，影響越大，衡量絕緣子污穢程度的有等值鹽密、污層電導(dǎo)率、表面電導(dǎo)率、泄露電流、污閃電壓等方法。

4.3 溫度變化影響

由于瓷質(zhì)絕緣子的制造材料很不穩(wěn)定，在溫度變化比較大時(shí)，熱脹冷縮，使得絕緣子受力不均，特別是突然冷卻時(shí)，絕緣子容易爆裂。廣東省處于亞熱帶地區(qū)，年平均氣溫比較高，但7、8月份以后晝夜溫差逐漸增大，據(jù)氣象部門統(tǒng)計(jì)，月最大溫差達(dá)到25℃左右，這對(duì)絕緣子的使用壽命的影響也比較大。

4.4 機(jī)械載荷的影響

瓷絕緣子在其內(nèi)層有張應(yīng)力，表面層有壓應(yīng)力，這兩層應(yīng)力在瓷質(zhì)絕緣子內(nèi)相對(duì)平衡和均勻分布。這種均勻分布和外層出現(xiàn)的壓應(yīng)力，可以提高絕緣子的機(jī)械強(qiáng)度，從而提高承受外力的能力。當(dāng)受到外力作用時(shí)，首先得克服表層的壓應(yīng)力，才能使得產(chǎn)品破壞，但由于瓷絕緣子的材料限制，其抗拉能力天生不強(qiáng)。通常電容器組開(kāi)關(guān)合閘后的很短時(shí)間內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生流過(guò)電容器的合閘涌流，這一暫態(tài)涌流由工頻和高頻兩部分組成，其幅值遠(yuǎn)高于穩(wěn)態(tài)時(shí)的工頻電流，會(huì)在電容器構(gòu)架與縱向線排之間產(chǎn)生很大的電動(dòng)力，導(dǎo)致絕緣子拉扯開(kāi)裂。

4.5 其他因素的影響

絕緣子常年暴露在大氣中，容易受雷擊、鳥(niǎo)害、冰雪中等因素影響。例如，在雷擊率比較高及有污染的工業(yè)區(qū)，電氣設(shè)備極易遭遇雷擊致絕緣子擊穿或爆裂。在丘陵、山地、空曠地帶易受鳥(niǎo)類影響，研究表明，絕緣子閃絡(luò)事故中，有相當(dāng)一部分是鳥(niǎo)害引起。還有一部分原因可能是絕緣子在運(yùn)輸、存放、安裝過(guò)程中存在暫時(shí)不影響運(yùn)行的缺陷，但在運(yùn)行多年后或遇到外界突發(fā)沖擊而爆裂。

本站為500kV變電站66kV電容器組的固定絕緣子在出廠和安裝驗(yàn)收時(shí)都經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的試驗(yàn)，故可排除自身質(zhì)量缺陷和老化問(wèn)題的影響。且此次瓷質(zhì)固定絕緣子是在斷開(kāi)電容器組開(kāi)關(guān)時(shí)爆裂，可排除鳥(niǎo)獸、雷擊、雨雪等自然災(zāi)害的影響。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可初步判斷絕緣子爆裂的主要原因是母線排過(guò)長(zhǎng)，電容器組在投退時(shí)對(duì)絕緣子產(chǎn)生過(guò)大的電動(dòng)力所致。爆裂的瓷質(zhì)絕緣子處于電容器構(gòu)架與縱向線排之間，排線跨度較長(zhǎng)，在開(kāi)關(guān)分合閘過(guò)程受電動(dòng)力沖擊較大，從而導(dǎo)致絕緣子爆裂。66kV電容器組正常運(yùn)行時(shí)，外框架是帶電的，平時(shí)維護(hù)很難清潔到瓷瓶，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行積累的污穢比較多，會(huì)使得絕緣強(qiáng)度下降，且事故發(fā)生在9月，正值進(jìn)入秋季，晝夜溫差大，熱脹冷縮造成固定絕緣子應(yīng)力增大，這些原因都使得該瓷質(zhì)絕緣子易受外力影響，當(dāng)受到開(kāi)關(guān)合閘電動(dòng)力沖擊時(shí)而爆裂。

5 措施和建議

首先，當(dāng)電容器組附近有人員作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁投退電容器開(kāi)關(guān)，防止發(fā)生類似電容器組支柱絕緣子爆裂的事件，以免誤傷附近的工作人員。

其次，做好絕緣子備件，盡快更換已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有缺陷的絕緣子，密切關(guān)注同批次產(chǎn)品，若發(fā)現(xiàn)都存在類似缺陷，建議廠家給出分析報(bào)告，并考慮將該批次絕緣子全面更換，以消除安全隱患。

最后，采用在線監(jiān)測(cè)、紅外測(cè)溫等手段加大對(duì)電容器組固定絕緣子的巡視力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣子在運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題。對(duì)絕緣子定期進(jìn)行清潔，每年在污閃事故多發(fā)季節(jié)之前進(jìn)行一次全面清掃，在污染嚴(yán)重的地區(qū)適當(dāng)增加清掃次數(shù)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)一起變電站66kV電容器組固定絕緣子爆裂事故，分析了導(dǎo)致該固定絕緣子自爆的經(jīng)過(guò)和原因，為電力工作人員的安全提出了防范措施，同時(shí)為杜絕此類事故的再次發(fā)生給出了改進(jìn)建議。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電職工創(chuàng)新項(xiàng)目成果（項(xiàng)目編號(hào)：ZG-DG2015-015）。

作者簡(jiǎn)介：吳超平（1988-），男，供職于廣東電網(wǎng)公司東莞供電局，碩士，研究方向：變電運(yùn)行；邱曉麗（1982-），女，廣東電網(wǎng)公司東莞供電局高級(jí)工，電氣工程師，研究方向：變電運(yùn)行。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）