2019年復合絕緣子技術及故障案例分析.pdf

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1、2019年10月復合絕緣子技術及故障案例分析復合絕緣子技術及故障案例分析國網河南省電力公司電力科學研究院國網輸電線路舞動防治技術重點實驗室一、復合絕緣子掛網運行情況一、復合絕緣子掛網運行情況二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析一、復合絕緣子掛網運行情況一、復合絕緣子掛網運行情況（1）110kV和220kV線路已全面使用；（2）500kV線路懸垂串已大面積使用；（3）特高壓交直流線路懸垂串也廣泛使用，耐張串正在試點應用復合絕緣子。復合絕緣子整體掛網情況：各電壓等級線路使

2、用情況（河南電網，截止到2018年底）電壓等級（kV）線路長度（km）絕緣子總串數復合絕緣子串數復合絕緣子使用率1000342.85341430080.51%800722.213380769657.52%5007927.61028317583673.75%330140.22736142251.97%22018858.717281717145499.21%99.21%11021827.223660323276198.38%98.38%截止到2018年底，河南電網110kV及以上電壓等級輸電線路掛網運行復合截止到2018年底，河南電網110kV及以上電壓等級輸電線路掛網運行復合絕緣子絕緣子4934

3、69493469串，占比串，占比92.46%92.46%。一、復合絕緣子掛網運行情況一、復合絕緣子掛網運行情況省/市瓷絕緣子（串）玻璃絕緣子（串）復合絕緣子（支）復合絕緣子占比（%）河南25851831558855.86 湖南1544821841309842.62 甘肅02258935680.56 浙江314856401295859.59 湖北3266780928869.66 河北31262574788458.04 江西326284152071.36 江蘇76476227473.03 寧夏776772241660.95 山東10860185663.09 上海26062376370242.63

4、天津56180710255.83 新疆4266151284.85 重慶44426402847.52 合計合計43195190478258257.02 國網系統范圍內特高壓交直流線路絕緣子使用總體情況特高壓交直流線路上，使用的絕緣子有瓷、玻璃和復合絕緣子?？傮w來看，特高壓交直流線路上，使用的絕緣子有瓷、玻璃和復合絕緣子?？傮w來看，復合絕緣子占特高壓線路總串數的復合絕緣子占特高壓線路總串數的57.02%。截至截至2016年底，公司系統年底，公司系統110kV（66）及以上線路復合絕緣子）及以上線路復合絕緣子6165838串。串。一、復合絕緣子掛網運行情況一、復合絕緣子掛網運行情況二、復合絕緣子發展

5、歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢20世紀5060年代，環氧樹脂澆注結構，出現以橡膠或氟塑料等聚合材料為傘裙護套的復合結構絕緣子，美國使用最早。20世紀70年代，高溫硫化硅橡膠復合絕緣子在德國問世，步入高速發展期。1985年，直接由高溫硫化硅橡膠絕緣子起步，國產復合絕緣子首次掛網運行。截止2016年底，國網公司110kV（66）及以上線路復合絕緣子6165838串，涵蓋1000kV交流及800、1100kV直流特高壓國內外情況1

6、981年1988年，是我國復合絕緣子的研制期，1988年1990年期間樣品開始在各級電網掛網試運行。90年代初至90年代中期，是復合絕緣子工業試運行階段。1990年初華北電網大面積污閃事故，促進了復合絕緣子應用。從1995年至今復合絕緣子進入全面實用化階段。在運行線路和變電站母線吊串的調爬中得到廣泛的應用。第一階段小批量掛網試運行階段第二階段批量工業性試運行階段第三階段大規模使用階段我國情況二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢端部壓接端部壓接芯棒芯棒傘裙工藝傘裙工藝端部密封端部密封2000年前的產品多為非壓接式生產工藝2000年至2002年為過渡期，生產的產品既有壓接式又有

7、非壓接式2002年后生產的產品為壓接式復合絕緣子2000年前生產的復合絕緣子，采用的都是E型玻璃纖維普通環氧樹脂芯棒，耐酸性能差2000年以后，隨著三峽輸電工程的全面啟動，大大加速了ECR耐酸玻璃纖維芯棒的研制和開發，耐酸芯棒逐步成為主流單傘傘套套裝式工藝（淘汰）護套擠壓結合傘裙粘接分裝式工藝傘裙套注射成型工藝早期：采用高彈性室溫硫化硅橡膠粘接劑人工操作密封，粘結強度和密封穩定性較差目前：高溫整體注射成型密封工藝，膠料的流動可將端部密封處的空氣充分擠出，在金具內外表面形成兩道密封層，粘結效果大大提高二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢（1）運行事故逐漸減少 復合絕緣子的運行

8、事故主要分為掉串事故和閃絡事故。前者屬于產品質量問題，后者與運行經驗不足導致的使用不當有關。近兩年隨著復合絕緣子傘裙形狀、端部密封技術、傘形成型工藝、機械強度的可靠性及質量控制的不斷提高，復合絕緣子的運行事故日趨減少，制造技術已經達到國際領先水平。主要技術趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢（2）使用范圍日益廣泛 復合絕緣子目前不僅在國內大量使用，而且國內復合絕緣子廠家還大量出口。目前復合絕緣子已經廣泛應用在交、直流線路上，其中直流線路上使用的復合絕緣子數量占直流用絕緣子的大半。復合絕緣子在輸電線路上不僅用于懸垂串，在超特高壓線路耐張串中也正在試點應用。而且其應用范圍還

9、包括跳線串、相間間隔棒、防風偏絕緣拉索等。主要技術趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢（3）種類不斷豐富 隨著我國復合絕緣子技術的不斷提高，電力系統已采用的復合絕緣子種類越來越多，已經從線路懸式絕緣子逐步發展到變電站支柱絕緣子、各類套管（套筒），并出現了瓷（玻璃）復合絕緣子和硬質復合絕緣子。主要技術趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢一、復合絕緣子掛網運行情況一、復合絕緣子掛網運行情況二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析

10、三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價序號試驗內容試驗目的1外觀檢查外觀檢查觀察發熱絕緣子表面是否存在雷擊、穿孔、傘片開裂、護套裂紋等問題。2鹽密、灰密鹽密、灰密測量發熱絕緣子高、中、低壓端污穢度。3憎水性憎水性判斷發熱絕緣子高、中、低壓端憎水性。4運行電壓下紅外、運行電壓下紅外、紫外檢測紫外檢測1、確定故障絕緣子發熱位置、電暈放電情況，比較不同觀測角度下的發熱變化；2、觀察受潮后絕緣子發熱、表面電暈放電情況；3、反向加電壓研究電場強度對發熱、電暈放電的影響5額定機械拉力額定機械拉力檢測發熱絕緣子機械強度對某線路復合絕緣子的發熱問題進行檢測主要有如下試驗內容：三、復合絕緣子性

11、能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價（一）外觀檢查觀察發熱絕緣子表面是否存在雷擊、穿孔、傘片開裂、護套裂紋等問題。高壓側發現16傘間護套表面有縱向裂紋發現樣品高壓側硅橡膠硬度明顯大于中部和低壓側硅橡膠樣品，高壓側硅橡膠變硬變黑，表面粉化現象明顯低壓側和中部硅橡膠顏色與新絕緣子接近，粉化程度較小高壓側的積污程度比中部和低壓側重。三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價（二）鹽密測試從上、中、下三個部位選擇上、下表面，測量其上、下表面的等值鹽密和電導率。絕緣子表面積聚的污穢物可分為可溶解污物（鹽）和不可溶解污物（灰）絕緣子表面的鹽在潮濕天氣下產生的電解質溶液附著在絕緣子表面，而

12、電解質溶液是可以導電的，這將導致泄漏電流增大，泄漏電流過大則可能發生污閃序號測量位置等值鹽密(mg/cm2)電導率(us/cm)上部上表面0.02024下表面0.01845中部上表面0.01114下表面0.01845下部上表面0.02025下表面0.02970下表面0.071186某樣品等值鹽密和電導率的測量結果三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價（三）憎水性測試噴水分級（HC）法，噴嘴距試品25cm，每秒噴水1次，共5次，噴水后表面應有水分流下，噴射方向盡可能垂直試品表面，HC值的讀取應在噴水結束后30s以內完成。將憎水性分成HC1HC7共7個等級：憎水性表面屬于HC1H

13、C3；HC4是一個中間過渡級，此時，水珠和水帶同時存在；親水性表面屬于HC5HC7。操作簡單，易于現場測試三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價（四）紅外、紫外檢測干燥狀態加壓試驗表面濕潤后加壓試驗反向加高壓試驗不同角度觀測溫升干燥下絕緣子發熱紅外檢測干燥下電壓下紫外檢測表面受潮后的紫外記錄反向加高壓紅外圖三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價（五）機械負荷耐受試驗額定載荷180kN，絕緣子在加載荷到140kN時917傘間多處護套破裂絕緣子拉力試驗結果 將機械負荷平穩地升到50%SML，耐受1min；在30s-90s時間內將機械負荷升到額定機械負荷SML，耐

14、受1min 期間，試品不應發生芯棒破壞、抽芯、端部附件破壞、傘裙套裂紋、密封件開裂等現象 最后增加負荷直至試品被拉斷試驗方法：試驗方法：00.050.10.150.20.25010002000300040005000高壓端硅橡膠中部硅橡膠低壓端硅橡膠傘裙性能分析傅里葉紅外光譜分析耐漏電燒蝕硬度分析三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價（六）其他評價方法解剖、材料性能檢測解剖掃描電鏡檢測高壓端界面芯棒酥朽，高壓端界面芯棒酥朽，硅橡膠老化硅橡膠老化芯棒環氧基體和玻璃纖維受芯棒環氧基體和玻璃纖維受到侵蝕，護套存在孔洞到侵蝕，護套存在孔洞三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能

15、檢測及評價（六）其他評價方法一、復合絕緣子掛網運行情況一、復合絕緣子掛網運行情況二、復合絕緣子發展歷程及趨勢二、復合絕緣子發展歷程及趨勢三、復合絕緣子性能檢測及評價三、復合絕緣子性能檢測及評價四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析隨著復合絕緣子掛網數量的增多，運行年限的增加，發生的故障也越來越多。脆斷脆斷鳥啄鳥啄酥斷酥斷老化老化斷串斷串污閃污閃四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析復合絕緣子故障分為機械故障機械故障、電氣故障電氣故障，以及鳥害鳥害、老化老化造成的故障脆斷酥斷大屈曲斷裂鳥啄鳥糞閃絡傘裙粉化污穢閃絡風偏

16、閃絡發熱內擊穿機械故障電氣故障內絕緣外絕緣冰閃雪閃鳥害老化雨閃斷串芯棒玻璃纖維受到酸液侵蝕，在很低的載荷下芯棒纖維逐漸斷裂，最終整支芯棒斷裂。芯棒脆斷的典型特征是斷裂表面光滑，其斷面總是垂直指向芯棒軸線，只有很少的玻璃纖維拉出。（一）復合絕緣子芯棒脆斷 斷裂發生在高壓側（球頭側）第一片大傘裙與小傘裙之間，芯棒斷面除邊緣處有少量“拉絲”現象外，大部分斷面整齊，具有明顯的的脆斷特征故障案例故障案例 2015年1月500kV樊白線復合絕緣子芯棒脆斷2015年1月500kV樊白線復合絕緣子芯棒脆斷四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析故障案例故障案例 2015年1月500kV樊白線復合絕

17、緣子芯棒脆斷2015年1月500kV樊白線復合絕緣子芯棒脆斷耐應力腐蝕試驗試驗溫度：21；試驗施加拉力：121kN；試驗溶液：1mol/L的硝酸溶液試驗開始時間：2015年1月28日上午10：3012：3014：3016：3008：30斷裂在試驗2022小時之間發生脆斷，該支絕緣子所使用的芯棒未通過耐酸試驗。四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析復合絕緣子芯棒脆斷現象的特點：復合絕緣子芯棒脆斷現象的特點：脆斷往往發生在復合絕緣子場強集中的高壓端放電可能是導致脆斷的主要原因改變均壓環的設計使得復合絕緣子端部場強盡可能均勻，降低脆斷發生的可能性 脆斷的復合絕緣子一般都存在護套或者端部

18、密封破損的情況由于端部密封不嚴造成水分侵入進而導致了脆斷端部加強密封設計，能夠很好的降低脆斷發生的幾率 目前所有脆斷均發生在E纖維制成的普通芯棒上耐酸芯棒具有耐酸性能，可以降低脆斷發生的可能性應選用耐應力腐蝕性能較好的耐酸芯棒四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析酥朽斷裂是在受潮、放電、電流、酸性介質、機械應力共同作用下復合絕緣子的異常斷裂現象。復合絕緣子酥斷的典型特征是芯棒中環氧樹脂基體的降解、劣化，這也是區別酥朽斷裂與脆性斷裂、通常斷裂最直接的判據。（二）復合絕緣子酥斷 芯棒宏觀斷面不光滑，芯棒質地變酥，形如枯朽的木頭，芯棒粉化、玻璃纖維與環氧樹脂基體相互分離。故障案例故障案

19、例 2013年10月500千伏洹獲線復合絕緣子酥斷2013年10月500千伏洹獲線復合絕緣子酥斷四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析解剖試驗剖開斷裂絕緣子第12單元和第48單元大傘位置的護套，芯棒情況如下圖所示高壓端的芯棒上有黑色蝕孔，碳化現象由蝕孔沿芯棒縱向發展，部分出現了粉化現象高壓端的芯棒上有黑色蝕孔，碳化現象由蝕孔沿芯棒縱向發展，部分出現了粉化現象；低壓端的傘裙比較容易剝離，芯棒表面有少許硅橡膠殘留，芯棒沒有電蝕和粉化的痕跡；低壓端的傘裙比較容易剝離，芯棒表面有少許硅橡膠殘留，芯棒沒有電蝕和粉化的痕跡；高壓端的劣化程度明顯高于低壓端。高壓端的劣化程度明顯高于低壓端。故障

20、案例故障案例 2013年10月500千伏洹獲線復合絕緣子酥斷2013年10月500千伏洹獲線復合絕緣子酥斷高壓端（斷裂端）高壓端（斷裂端）低壓端（斷裂對端）低壓端（斷裂對端）四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析復合絕緣子酥斷現象的特點：復合絕緣子酥斷現象的特點：酥朽老化是芯棒內部蝕損的一個漸進性過程，其直接表現特征為局部發熱。紅外測溫是早期發現此類故障的有效辦法；酥朽老化的形成過程與復合絕緣子制造過程中造成的內部缺陷引起的局部放電有關；酥朽斷裂主要的特征是芯棒中環氧樹脂基體的降解和劣化，局部放電破壞環氧樹脂基體，酸性介質和機械應力導致玻璃纖維應力腐蝕斷裂。四、復合絕緣子故障案例

21、分析四、復合絕緣子故障案例分析大屈曲斷裂是在極端天氣（如大風、覆冰舞動）下，復合絕緣子承受較大屈曲疲承受較大屈曲疲勞負荷勞負荷，超過允許應力值，絕緣子串發生斷裂的現象。（三）復合絕緣子大屈曲斷裂四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析某線0322號A、C相復合絕緣子串斷裂情況及放電通道示意圖絕緣子斷口情況 斷裂位置位于低壓端端部金具與護套交界面；斷口參差不齊、疏松，類似木材反復彎折的效果，為單純的屈曲疲勞破壞；從現場抽樣取回3支復合絕緣子進行驗證性試驗驗證性試驗，項目包括傘裙護套、端部金具外觀檢查外觀檢查，根部解剖后芯棒檢查芯棒檢查，機械拉伸負荷試驗機械拉伸負荷試驗。故障原因分析：

22、四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析試品編號外觀檢查芯棒檢查機械拉伸破壞負荷試品編號外觀檢查芯棒檢查機械拉伸破壞負荷1端部金具及附近傘裙無明顯損傷高壓側芯棒未見損傷560kN，環斷裂2端部金具及附近傘裙無明顯損傷高壓側芯棒未見損傷579kN，抽芯3端部金具及附近傘裙無明顯損傷高壓側芯棒未見損傷572kN，抽芯試驗結果表明，被抽檢的3支復合絕緣子試驗結果合格。試驗結果表明，被抽檢的3支復合絕緣子試驗結果合格。原因分析：復合絕緣子具有抗拉不抗彎的特點，造成其能承受的拉伸負荷與彎曲負荷遠不成比例 絕緣子在屈曲疲勞作用下最終導致絕緣子芯棒發生斷裂四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子

23、故障案例分析故障類型脆性斷裂酥朽斷裂大屈曲斷裂故障線路類型220kV線路較多，500kV線路相對較少500kV及以上電壓等級較多，220kV線路比較少V串絕緣子斷口位置高壓端前幾大傘高壓端，集中出現在第2-10個大傘裙之間絕緣子中部和近低壓端三分之一處斷口形貌平整斷裂面掃帚狀斷口，芯棒明顯變色、粉化、質地變酥斷口參差不齊、疏松，類似木材反復彎折的效果故障原因水分浸入，放電產生酸液，造成非耐酸新邦應力腐蝕界面缺陷引起電場畸變，導致局部放電與芯棒表面微電流，導致環氧樹脂裂解，降低芯棒機械強度背風側復合絕緣子在極端大風條件下，最大應力超過了允許應力值，從而會導致斷裂鳥類啄食復合絕緣子傘裙，造成傘裙貫

24、穿性通孔或者局部撕裂，減小了復合絕緣子的爬電距離；鳥類啄食復合絕緣子護套，造成護套嚴重磨損，芯棒裸露，進而導致端部密封破壞。（四）復合絕緣子鳥啄故障案例故障案例 500kV辛洹線、辛洹線、500kV洹獲線等復合絕緣子鳥啄洹獲線等復合絕緣子鳥啄 四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析鳥啄復合絕緣子原因分析：鳥類增多環境保護意識的提高與國家退耕還林政策的施行，許多鳥類的生活環境得以改善，鳥類的數量增大、種類增加。線路是否帶電鳥啄復合絕緣子現象基本發生在輸電線路建成投運之前或停電檢修時；輸電線路帶電運行后，周圍的電磁場的變化會對鳥類造

25、成一定的影響。絕緣子的懸掛方式鳥類更容易站立于V型串和L型串上，鳥類更容易啄食這樣懸掛方式的絕緣子。絕緣子的顏色絕緣子的顏色會影響鳥類的啄食，紅、灰兩色的絕緣子經常遭到鳥類的啄食，其中紅色絕緣子啄食現象更為嚴重。絕緣子的氣味如果鳥類喜歡復合絕緣子配方中添加劑的芳香氣味或物質，則鳥類更有可能啄食這樣的復合絕緣子。鳥啄破壞的部位復合絕緣子被鳥啄的部位多數集中在絕緣子上端均壓裝置附近的傘裙和護套之間，其他部位被鳥啄損壞現象并不多見。四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析防鳥啄措施：防鳥啄措施：新建線路路徑選擇宜避開鳥害重災區如河道、沼澤地、林區、水庫、養魚池及油料作物種植地等新建或改造

26、線路在采取防雷、防冰閃等措施時，要兼顧防鳥，避免為鳥類提供棲息位置 防鳥啄的技術措施一般有防、驅兩種，主要有聽覺、視覺、捕殺、化學等方式如爆竹彈發射器、驅鳥車、定向聲波、超聲波語音、電子爆音聲波等聽覺方式小型激光槍、稻草人、彩色風輪、恐怖眼、防鳥風車等視覺方式 新型防鳥啄硬質復合絕緣子硬質復合絕緣子是傘裙和護套為硬質材料的絕緣子，可抵御一定強度的鳥類啄食脂環族環氧樹脂復合絕緣子四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析老化是復合絕緣子長期暴露在各種復雜的大氣環境中發生的老化降解長期暴露在各種復雜的大氣環境中發生的老化降解，導致憎水性降低、漏電起痕電蝕嚴重、色彩發生變化、傘裙脆化等現象

27、。（五）復合絕緣子老化某特高壓交流1000kV線路復合絕緣子發生老化四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析復合絕緣子老化影響因素分析復合絕緣子老化復合絕緣子老化影響因素影響因素紫外線的影響紫外線的影響高電導率霧的影響高電導率霧的影響強電場的影響強電場的影響高濕浸潤的影響高濕浸潤的影響硅橡膠的大分子鏈斷裂硅橡膠的大分子鏈斷裂硬度均變大，憎水性均部分喪失硬度均變大，憎水性均部分喪失水珠間放電產生的熱和臭氧導致硅橡膠表面分子發生水珠間放電產生的熱和臭氧導致硅橡膠表面分子發生裂解、氧化、交聯、水解和縮合等反應；裂解、氧化、交聯、水解和縮合等反應；產生親水性硅醇、破壞甲基的對稱結構、含氧量增加產生親水性硅醇、破壞甲基的對稱結構、含氧量增加，導致了憎水性降低，導致了憎水性降低針對復合絕緣子電場分布特點，針對復合絕緣子電場分布特點，比較了不同位置傘裙電場特征比較了不同位置傘裙電場特征高場強區的電老化深度明顯大于高場強區的電老化深度明顯大于低場強區低場強區隨著相對濕度增加，試樣表面的孔洞和裂紋增加，靜隨著相對濕度增加，試樣表面的孔洞和裂紋增加，靜態接觸角降低，憎水性下降態接觸角降低，憎水性下降四、復合絕緣子故障案例分析四、復合絕緣子故障案例分析謝謝！