摘要：电力系统中大量选用纯瓷材质的绝缘子，作为对地绝缘、支撑、操作之用。由于棒式绝缘子结构简单，材质单一，所以从技术监督角度没有明确的技术监督要求，尤其是高电压等级的棒式绝缘子。但是，近几年来棒式绝缘子在运行中频发事故，尤其是一些意外的人身伤害，更加紧了对高电压等级棒式绝缘子进行技术监督的需求。该文从棒式绝缘子运行事故角度分析绝缘子的缺陷，并从实际角度入手提出检测绝缘子的手段，为设备安全运行提供技术保障。关键词：棒式绝缘子；瓷绝缘子；检测中图分类号：TM76文献标志码：B文章编号:1003-0867(2007)01-0051-03电力系统中大量采用电瓷制品的绝缘子，包括支持绝缘子和设备套管。其中使用在母线和隔离开关的支撑、旋转以及设备对地绝缘支撑上的棒式绝缘子使用非常广泛。棒式绝缘子的结构示意图见图1，由于其结构为瓷壁厚、贯穿距离长，所以很少发生贯穿性绝缘击穿事故，同时金属法兰是和瓷质部分靠粘合剂粘连为一体，降低了金属法兰热胀冷缩导致绝缘子损坏的概率。所以长期以来，棒式绝缘子在电力系统中的运行情况比较稳定，一些相关试验规定中对棒式绝缘子也无明确的预试规定。但是，从整体结构上考虑，绝缘材料的老化大多是电场、机械、冷热、运行工况等各方面因素复杂地交替作用引起的。由于棒式绝缘子运行工况比较恶劣，因此绝缘子的老化原因也多种多样。棒式绝缘子表面由于运行工况等原因，出现断裂或龟裂现象，无论从电气性能还是机械强度等方面考虑，均是比较危险的事故隐患，绝缘子局部裙边的破损，虽然不一定会引起事故，但是可能会扩展成龟裂，所以应早日更换，避免事故发生。图1　棒式绝缘子的结构示意图1棒式绝缘子的使用范围及问题据统计，目前北京电力公司主网220kV主系统中不计算母线支持绝缘子，共计使用596组GW7-220型和286组GW6-220型隔离开关，制造厂家主要为沈阳高压开关厂、西安高压开关厂、平顶山高压开关厂三家，隔离开关所配棒式绝缘子为西安高压电瓷厂、抚顺电瓷厂、唐山高压电瓷厂、瓦房店电瓷厂等。GW7-220型隔离开关操作棒式绝缘子3576支，支持棒式绝缘子7152支；GW6-220型隔离开关操作棒式绝缘子1716支，支持棒式绝缘子1716支。棒式绝缘子的使用量是非常大的，可是由于现行相关规定，对棒式绝缘子的试验只是监测绝缘子表面污秽物等值盐密值，其它试验无明确规定；而正是由于使用量巨大的棒式绝缘子，在生产运行中由于断裂等原因，造成了许多设备乃至人身意外伤害事故。据不完全统计，在主系统中，由于棒式绝缘子断裂使设备被迫停运已经发生多起，见表1。表1　棒式绝缘子断裂而使设备被迫停运的情况以表1统计中可以看出，既有操作中发现棒式绝缘子断裂，被迫扩大设备停电范围，也有检修中发现棒式绝缘子突然断裂，造成人身意外伤害。所以说，由于棒式绝缘子工作在技术监督不充分的条件下，出现了很多故障。2对棒式绝缘子的技术检测出现上述问题后，相关生产及技术部门，对涉及到上述设备的棒式绝缘子按国标及生产厂家标准进行了分期分批的绝缘子抗弯抗扭试验，发现了很多隐患。2.1昌平站设备问题昌平站棒式绝缘子的损坏主要集中在GW6-220型隔离开关的旋转绝缘子上。图2　损坏的棒式绝缘子根据此型号产品的设计要求，电动机构的额定输出转距应为1000Nm，分散到三相机构上，每相应不大于334Nm。并且334Nm本身存在一个2倍的安全系数，即用167Nm的转距可将隔离开关分合操作完成。根据产品结构特性，设计旋转瓷绝缘子应承受的扭力（机械破坏负荷）应不小于1500Nm。而生产厂家所掌握的厂内生产标准（机械破坏负荷）应为设计标准的2～3倍即为3000Nm以上。现场检查发现，昌平站2203-5隔离开关断裂的旋转瓷绝缘子的浇注存在偏差，偏差将近20mm产生不同心，根据国标要求，此值应不大于10mm，一般厂家内控标准为4～5mm。2203-4A相上节、C相下节，2211-5B相上节、2214-5A相上节旋转瓷绝缘子均有严重的偏差变形。在做旋转绝缘子施加扭力破坏性试验中，选定了同一站的两期产品（一期、二期工程）各一只旋转瓷绝缘子做扭力破坏性试验，试验结果如表2所示。表2　旋转绝缘子扭力破坏试验结果在试验过程中看到，当旋转绝缘子断裂时，断裂处并不是马上断开，而是先泄力再断裂崩开，从而可以说明绝缘子是存在一定的韧性。并且在所有绝缘子断裂事故现场，由于隔离开关选用1400mm×2的导线长期负重，实际测量旋转绝缘子已经产生永久性位移，并且所有采用此规格旋转绝缘子上部均与隔离开关的中间导电箱下部产生接触摩擦，在操作中导致瓷绝缘子断裂。根据以上试验数据，说明该站选用的棒式绝缘子质量上存在较大偏差，随后又进行了第二批次的绝缘子抽检，发现抗弯抗扭力矩达不到设计要求，与设计的抗弯抗扭力矩标准相差很大，且重载导线对绝缘子也有一定的负载影响，所以安排了该站隔离开关棒式绝缘子的更换及导线的加固，消除了绝缘子隐患。2.2老君堂站设备问题老君堂站棒式绝缘子的损坏主要集中在GW7-220型隔离开关的支持瓷绝缘子上。GW7-220型隔离开关单极重量为760kg。根据设备厂设计部门数据，隔离开关所配棒式绝缘子（不分支持和旋转）在1993年时瓷绝缘子的抗弯、抗扭力矩为4000Nm，在1998年改为6000Nm。根据调查，瓷绝缘子的参数如下：•支持绝缘子上：高1170mm，直径215mm，正装弯曲机械破坏负荷6kN，扭转破坏负荷3kNm，重量60kg。•支持绝缘子下：高1200mm，直径250mm，正装弯曲机械破坏负荷12.5kN，扭转破坏负荷7kNm，重量94kg。•旋转绝缘子上：高1060mm，直径230mm，正装弯曲机械破坏负荷8.5kN，扭转破坏负荷7kNm，重量72kg。•旋转绝缘子下：高1200mm，直径245mm，正装弯曲机械破坏负荷18kN，扭转破坏负荷7kNm，重量112kg。所以应当能承受正常操作中的机械力，以及额外产生的摩擦力。但经过权威技术部门对断裂绝缘子的鉴定，该站事故绝缘子有严重的“虹吸”现象，在绝缘子生产中判定为不合格产品，所以该站同型号设备的绝缘子也安排进行了更换。3棒式绝缘子劣化引起的断裂从棒式绝缘子断裂事故分析，瓷质绝缘子的断裂，可有以下几方面原因。瓷件表面和内部存在制造过程中的细小缺陷，制造过程中固化收缩时产生的应力残留在绝缘子内部，因反复承受外力等使其承受应力，然后发展成龟裂，裙边断裂等缺陷。设备在运行中反复受热，因不同材质的热膨胀系数不同，使绝缘子的粘合面受力产生剥离龟裂，或过电压、污损引起的闪络使瓷件受到电弧、局部过热引起的损坏龟裂。绝缘子表面涂敷RTV后，由于长时间未复涂，RTV老化失去憎水性，以及发生绝缘子表面釉面脱落、裙边破损和裂缝，局部产生泄漏电流和放电。由于金属法兰与金具紧固过紧，使瓷件上部位承受过大应力，也会产生应力龟裂。由于操作如隔离开关中的卡涩等问题，使运行中棒式绝缘子材料产生机械疲劳或操作受力反复产生应力，造成绝缘子意外受力，时间长久后产生龟裂。4实际操作中对绝缘子的监测由于绝缘子在运行中数量巨大，且技术监督手段匮乏，所以造成了系统中比较大的事故。根据科技手段的实施，对棒式绝缘子的技术监督可由下面两种手段辅助进行，在停电时有针对性的做好预防性试验，绝缘子在运行中的异常是能够及时发现的，所以对绝缘子尤其是纯瓷质绝缘子，可做到预防和检查相结合，消除事故隐患。4.1超声波检测超声波检测是以脉冲反射法为基础的超声波探伤法，探头及信号发生器，把1～5MHz的超声波脉冲，从探头送入试品，当超声波遇到棒式绝缘子内部存有缺陷时，会有一部分反射波，利用电子计算机收录数据对比，对比波形可确定棒式绝缘子缺陷。虽然此种方法可确定金属法兰内部存在的缺陷，但是由于检测时探头需要紧贴棒式绝缘子表面，且其表面半径不固定，因此紧贴表面实际操作中存在困难，并且现场检测时，由于数量巨大，需要相当长的时间。所以采用该方法对数量巨大的棒式绝缘子进行逐支检测，存在实施的困难。4.2紫外电子光学探伤仪监测紫外电子光学探伤仪是远距离检测35～220kV交流高压线路、输变电设备外部绝缘状态的新技术。探伤仪的基本原理在于可以检测电晕放电和表面局部放电特性及其电力设备外绝缘状态和污秽程度。在高湿度或者降雨雪时，在绝缘表面的裂纹近旁有很强的电晕发光灶产生。当裂纹饱含大量气态水分时，裂纹内部或其端部上电场强度增大，于是发生放电。但是紫外线光学探伤仪就其物理实质而言，有以下两大限制因素：•只能发现开放式，可通向绝缘子表面的裂纹；•在多元件绝缘结构上，由于电压分布不均匀，只能发现接近耐压绝缘子上的微观裂纹。在电压等级35kV以上的隔离开关或者母线构架的绝缘子柱上部绝缘子的下法兰上可以观察到强大电晕。随电压等级和设备结构的不同，电晕的爆发会导致最近的相邻绝缘子柱上的法兰盘火花放电。由于瓷材电气性能恶化，绝缘子绝缘性能降低，并且会把增强的电势传导到最下部法兰上。探伤仪的主要功能是：可远距离、高效率、安全、可靠地确定支柱式绝缘上的微观裂纹。通过对部分设备的紫外线光学监测，发现了部分棒式绝缘子法兰浇注面的放电缺陷，如图3所示。图3　棒式绝缘子法兰浇注面的放电缺陷5结束语通过以上分析，棒式绝缘子在运行中的特殊性，是非常有必要进行可靠、可行的技术监督，以保证设备安全运行，避免不必要的事故发生。通过超声波及紫外线探伤相结合运作，可以在检修中或运行时有效的发现棒式绝缘子的表面或瓷质内部出现的异常龟裂，及时处理，防止事故发生。参考文献[1]陈天翔,王寅仲.电气试验.中国电力出版社,2005.[2]钱汝立,凌锡琮,凌锡玮.电气设备故障检测手册.水利电力出版社,1984.[3]电力设备交接和预防性试验规程.华北电力集团公司,2002.[4]GB8287.1.高压支柱瓷绝缘子技术条件.