一起500 kV大噸位玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷分析

摘 要：通過機械破壞試驗、滲透試驗、實物解體等方法，對一起500 kV輸電線路420 kN大噸位玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷進行了定量分析，試驗結果表明，水泥膠合劑裂紋缺陷暫不影響該型大噸位玻璃絕緣子機械性能，但不能排除在長期運行后，該型號大噸位玻璃絕緣子的機械性能發生變化，需要運行人員在以后的運維中對該型號大噸位玻璃絕緣子進行定期檢測，并定期開展抽檢試驗，以便及早發現缺陷發展情況。

關鍵詞：玻璃絕緣子;大噸位;水泥裂紋;缺陷試驗

0 引言

線路絕緣子作為輸電線路的主要構件之一，其作用是支撐導線、防止電流回地以及增加爬電距離，其性能對于電網的穩定運行有著重要影響。輸電線路上使用的絕緣子主要有三大類：盤形懸式陶瓷絕緣子、盤形懸式玻璃絕緣子、棒形懸式復合絕緣子。由于材料化學結構的不同，三種絕緣子具有不同的電氣與機械性能，在選用過程中要充分考慮使用條件及工作要求。因玻璃絕緣子具有零值自爆，便于檢測，耐電弧、耐振動性能好，自潔性能好，不易老化，主電容量大，強度高，尺寸小，重量輕，不可擊穿，熱穩定性好等優點，特別在抗自然災害（雷擊、污閃、冰害及導線舞動等）方面具有獨特的優越性和可靠性，已成為高壓、超高壓和特高壓輸電線路的首選產品之一，在耐張塔上幾乎全部使用玻璃絕緣子（少量使用盤形懸式陶瓷絕緣子）。

目前，掛網運行的玻璃絕緣子噸位有70 kN、100 kN、120 kN、160 kN、210 kN、240 kN、300 kN、420 kN、550 kN等，其中420 kN、550 kN屬于大噸位玻璃絕緣子，主要應用于500 kV及以上輸電線路。在實際應用中，大噸位玻璃絕緣子在長期掛網運行中出現了一些問題，如玻璃絕緣子水泥膠合劑出現環狀裂紋及輻射狀裂紋、水泥膠合劑脫落、存在表面氣泡等。

廣州地區某500 kV輸電線路近年來發生多起玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷事故，本文通過機械破壞試驗、滲透試驗、解體等方式，對該420 kN大噸位玻璃絕緣子水泥裂紋缺陷進行分析，并提出改進措施以及大噸位玻璃絕緣子的運維策略。

1 缺陷概況

1.1? ? 缺陷統計

2015—2016年期間，運行人員結合線路停電檢修工作，對某回500 kV輸電線路24基桿塔288串共8 340片大噸位420 kN型號玻璃絕緣子進行外觀檢查，發現大量玻璃絕緣子存在碗頭內側水泥膠合劑裂紋缺陷，存在缺陷的玻璃絕緣子共2 220片，占所檢查絕緣子總數的26.6%。

1.2? ? 缺陷特點

該型號420 kN大噸位玻璃絕緣子于2013年掛網運行，投運前，運行人員對該批玻璃絕緣子進行了外觀檢查，玻璃絕緣子水泥膠合劑等外觀良好。經過2～3年的掛網運行后，運行人員發現該型號玻璃絕緣子存在水泥膠合劑裂紋缺陷，且缺陷絕緣子數量呈增多趨勢。通過對缺陷統計數據和實際檢查情況進行分析，缺陷絕緣子主要存在以下特征：玻璃絕緣子缺陷表征均為鋼帽內部水泥膠合劑出現環狀、輻射狀裂紋，并伴有表面水泥膠合劑脫落情況，當缺陷絕緣子承受運行荷載時，其裂縫明顯增大。

2 缺陷試驗結果分析

根據該型號玻璃絕緣子水泥膠合劑裂紋缺陷表征情況，初步判斷玻璃絕緣子淺表層水泥面固化不良，包裹在鋼腳上的水泥漿機械性能方面表現較脆，干縮收縮率較高，抗溫度循環和抗震動性相對較低。玻璃絕緣子長期運行后，經震動和溫度循環造成龜裂、破皮等現象，導致出現水泥膠合劑出現裂紋缺陷，但玻璃絕緣子整體完好，玻璃未出現自爆，未影響到玻璃絕緣子的電氣性能。因此，根據《標稱電壓高于1 000 V的架空線路絕緣子第1部分：交流系統用瓷或玻璃絕緣子元件—定義、試驗方法和判定準則》（GB/T 1001.1—2003）制定以下試驗測量方法，檢測該缺陷玻璃絕緣子的機械性能情況。通過試驗結果分析水泥裂紋玻璃絕緣子的機械性能。

2.1? ? 機械破壞負荷試驗

選定一組掛網運行的同型號、同批次大噸位水泥膠合劑無表面裂紋的玻璃絕緣子共10片，額定負荷420 kN，維持5 s拉伸負荷后進行破壞試驗，合格標準為X1-3δ1≥SFL（X1為抽樣試驗中的絕緣子機械破壞負荷平均值，δ1為抽樣試驗中的標準偏差，SFL為絕緣子額定機械破壞負荷），試驗結果如表1所示。

抽樣試驗結束，可得數據：X1=509.7 kN，δ1=6.93 kN，X1-3δ1=488.91 kN，SFL=420 kN。因此，X1-3δ1≥SFL，滿足標準要求，試驗合格。

2.2? ? 滲透試驗

（1）選定一組掛網運行水泥膠合劑有裂紋的玻璃絕緣子共5片，50%額定負荷（210 kN）3 s后，在水泥面倒入品紅染料溶液。其中一組2只放置2 h，解體后觀察染色深度分別為1 cm、0.5 cm;另外一組3只放置20 h后，解體后觀察染色深度分別為1 cm、0.5 cm、1 cm。

（2）選定一組掛網運行水泥膠合劑有裂紋的玻璃絕緣子共2片，用品紅染料浸泡在水泥面后，施加30%額定負荷（140 kN），維持20 min。隨后解體觀察染色深度分別為2 cm、1 cm。

涂品紅染料如圖1所示，滲透試驗后染色深度如圖2所示。

2.3? ? 模擬試驗

按照掛網有裂紋的玻璃絕緣子工藝，重新制作5片有Y形金屬進行插片的玻璃絕緣子（插片深度2 cm），額定負荷420 kN，維持5 s拉伸負荷后進行破壞試驗，結果如表2所示。

抽樣試驗結束，可得數據：X1=507.7 kN，δ1=4.3 kN，X1-3δ1=494.1 kN，SFL=420 kN。因此，X1-3δ1≥SFL，滿足標準要求，試驗合格。

2.4? ? 殘留強度試驗

選定一組掛網運行的有裂紋的玻璃絕緣子共5片，進行殘留機械強度試驗。使用錘子打擊的方法去除玻璃絕緣子的傘盤，殘留部分應不大于鐵帽的最大外沿。制作備好的試品在試驗機上逐個進行拉伸負荷試驗。拉伸負荷從零迅速而平穩地增加到約為額定機電破壞負荷的50%，然后以每秒為額定機電破壞負荷的1%速率增加，直至破壞玻璃絕緣子，此時負荷值為殘留強度。試驗后，如果全部試品均為金屬件拉脫，則按下式計算并進行判斷：

Qs=≥0.75

式中，X為殘留機械破壞負荷算術平均值;S為標準偏差;Qs為絕緣子殘留機械破壞特性的質量指數;SFL為絕緣子額定機械破壞負荷。

經逐個試驗，絕緣子破壞形式均為金屬件破壞，試驗結果如表3所示。

試驗數據可計算得：X1=512 kN，S=2.74 kN，SFL=420 kN，Qs==1.21。因此，Qs≥0.75，滿足標準要求，試驗合格。

3 結語

根據以上試驗測量結果，可得出如下結論：

掛網運行3年的玻璃絕緣子，因溫度循環和長期震動，導致水泥膠合劑出現裂紋缺陷，水泥裂紋深度較淺，通過各項機械破壞試驗，結果表明，水泥裂紋暫不影響玻璃絕緣子機械強度性能。通過三組滲透試驗對比，在受到拉力、品紅染料浸泡時間越長時，水泥裂紋深度明顯增大，裂紋呈發展趨勢。通過兩組模擬試驗對比，水泥面淺的玻璃絕緣子機械強度破壞力小于水泥面完整的玻璃絕緣子，水泥膠合劑對玻璃絕緣子的機械強度有一定影響。導致水泥膠合劑裂紋缺陷的主要原因為大噸位玻璃絕緣子水泥截面大及體積大，制作工藝存在問題?？赏ㄟ^優化大噸位絕緣子結構，減少水泥截面，同時提高制作工藝，充分清除水泥內部氣泡。

試驗結果表明，該型號大噸位玻璃絕緣子出現的水泥裂紋缺陷不影響機械強度性能，但該缺陷可能會隨著絕緣子掛網運行時間的推移，裂紋繼續發展擴大。由于目前尚無大噸位玻璃絕緣子疲勞試驗相關試驗標準，暫無法進行裂縫絕緣子疲勞試驗，因此，不能排除在長期運行后，該型號大噸位玻璃絕緣子的機械性能發生變化。需要運行人員在以后的運維中對該型號大噸位玻璃絕緣子進行定期檢測，并定期開展抽檢試驗，以便及早發現缺陷發展情況。

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收稿日期：2019-12-18

作者簡介：黃興（1988—），男，湖北黃岡人，工程師，研究方向：輸電線路運維。