浅析山东电网高压支柱瓷绝缘子断裂原因摘要：简要介绍山东电网近年高压支柱瓷绝缘子故障情况，从生产制造和电力运行两个方面分析了可能导致支柱绝缘子断裂的各种原因，故障统计表明，制造质量不良是引起断裂的主要原因。生产制造单位应当改进工艺，提高产品质量。电力运行单位应加强支柱瓷绝缘子从采购到运行的全过程管理，逐步更换低强度的支柱绝缘子。

0引言
近年来，随着电网的迅速发展，使用瓷支柱绝缘子数量逐年加大，高压瓷支柱绝缘子断裂引发的事故时有发生。据不完全统计，山东电网自1999年来共发生220kV瓷支柱绝缘子折断7起，3次全站停电，对电网的安全生产特别是人身安全构成极大威胁。本文分析了事故原因，提出了对策。
1典型事故情况
1）1999-08-05T06：50，潍坊电厂将220kVⅡ母线负荷倒至220kVⅠ母线，当电动拉开205-2刀闸时，C相东侧上节支柱绝缘子在拉开过程中突然断裂倒下，断裂的支柱和刀闸头顺着与205-1C相的连线落下，甩在205-1刀闸C本支柱绝缘子的接地排上，造成220kV母线接地，母差保护动作，全厂停电。断裂的支柱绝缘子为1990-11的产品，断面边缘有11mm的灰环，芯部有直径65mm的黄芯。分析为瓷质烧结不好，造成机械强度低。
2）1999-11-02T06:30，烟台桃村变电站220kV东桃线停电操作结束，人员离开设备区约20m时，220kV#4母线A相瓷瓶突断裂，硬管母线落地；220kV桃车一线2214开关、母联2245开关、#1主变2245开关跳闸。支柱绝缘子断裂部位为上节支柱的上法兰根部，断裂的支柱绝缘子为1988~1992年普通强度瓷产品，分析为产品质量问题。
3）2002-04-12T07：45，莱芜电厂220kVⅡ母线、泉莱线、莱山线春季停电清扫、预试，当拉开#3923-3刀闸（GW4/220），刀闸头相距80cm时，开关侧B相支柱瓷绝缘子下节法兰根部断裂，上节掉落，相邻的TA接线板在引线作用下断开，未造成停电和人员伤害。断裂的支柱绝缘子为1981年普通强度瓷产品，断面有黄芯，分析为产品质量问题。
4）2003-06-02T07：20，济南平阴站将220kVⅡ母线负荷倒由I母线运行，当合上平许线201-1刀闸时，220kV#1母线C相2个支柱断裂，硬管母线降落中，导致三相短路，造成-1刀闸三相瓷柱断裂，母联兼旁202-1C相刀闸头被砸坏。在201-1刀闸倒塌过程中，将I母线A相3个支柱拉断，母线落在架构上。事故发生时，母差保护未动，3条220kV线路从对侧跳闸，平阴站全站失电，当时主变带负荷50MW。
5）2004-03-13T07：40，临沂温水站将220kV#1母线负荷并列倒至#2母线运行，拉开201-1刀闸，当导电摺架下落至中间位置时，201-1刀闸B相支持支柱绝缘子断裂，造成220kV#2母线A、B相相间短路，并将A相支柱瓷瓶拉断，全站失压进而使温云线单电源供电的220kV云蒙站全站停电。断裂支柱绝缘子为1995年普通强度瓷产品，折断部位在下节支柱的上法兰根部，上、下节抗弯强度6kN，而实有2.5kN。分析为上、下节装配不对，下节应具备倒装试验要求。
2断裂原因分析
2.1生产管理和制造工艺存在缺陷
1）原材料的好坏是瓷支柱绝缘子质量的根本。原材料须具备化学物理矿源稳定性。化学成分不稳定会影响瓷质的均匀程度。例如，电瓷原料SiO2含量增加，烧成时残余石英颗粒变多，残余石英与其周围的玻璃间常存在微裂纹，缩短瓷质的疲劳寿命。部分生产厂家由于资金匮乏或无经验，选购原材料地方不稳定，管理不严，各原料间界面不清，影响了配料的准确性，最终导致产品质量问题。
2）上世纪70年代到80年代初，法兰胶装毛坯在滚花或刻槽工艺过程中存在内应力和微裂纹等隐患，产品运行一段时间后，微裂不断扩大，易发生低值破坏。80年代末建变电站中有相当部分产品折断发生在滚花与主体交接处。
3）烧成温度是影响支柱绝缘子成品的主要因素。烧成温度一般在1250~1300℃间，<1250℃就出现生烧，>1300℃为过烧。传统的燃煤倒焰窑和一些普通煤气窑温度控制与测量有较大偏差，同窑产品中有合格或生烧过烧。如果出厂检验率较低，很难避免不合格产品投入运行中。
4）在处理瓷支柱折断事故时，常遇到断面有黄芯。在烧制中采用还原焰，当还原气氛不足或还原时间不够时，支柱表面还原充分，Fe2O3被还原成FeO，瓷质呈正常的灰白色，而中心部分没还原，仍以Fe2O3形式存在，呈黄色。由于黄芯与正常瓷质膨胀系数相差很大，在运行中遇到急温热天气或剧烈震动，极易折断。黄芯现象在山东电网支柱断裂事故中>80。
5）瓷件与水泥的热膨胀系数不同，通常在瓷件胶装表面涂抹一层沥青缓冲层，以缓解热胀冷缩时带来的应力。如果沥青层很薄，在热胀冷缩过程中会产生较大的应力导致瓷件在胶装处断裂。
6）瓷件与法兰间密封不严。当瓷件胶装处存在空隙，一旦浸、存水就会产生冰冻，冰冻应力导致支柱折断，在北方寒冷地区尤其严重。
7）部分隔离开关厂家在配件入厂、装配环节存在管理漏洞。为节省成本，没有增添入厂检验必要设备，对入厂的支柱绝缘子不做抽检试验，使不合格产品装到刀闸开关上。此外，对于多节组合的支柱绝缘子，除最上节外，其余都要做正、倒装试验，以保证两端法兰承受一定的弯曲负荷。
2.2电力部门运行、检修管理不到位
1）电力部门在选购和设计支柱瓷绝缘子时，认为产品较简单，简化了验收程序，设计裕度偏低，在恶劣天气或异常受力情况下易造成瓷件断裂。
2）安装调试不合理。在硬管母线安装中安装点过紧，使硬管母线支撑绝缘子长时间受机械应力作用，强度不断下降造成断裂。
3）检修维护不当。电网设备逐年增多，工作人员少，造成刀闸开关超期检修，出现传动机构锈蚀、卡涩、别劲等现象，如操作不正确，极易导致支柱断裂。据统计GW6型隔离开关断裂数量较多。
3防范措施
3.1生产厂家改进工艺，提高产品质量
1）高压支柱瓷绝缘子材料配方主要分普通强度和高强度2种。其主要区别在于Al2O3的含量，后者Al2O3含量一般>40，生产的支柱绝缘子弯曲破坏负荷裕度较大。上世纪90年代末，国内规模较大的电瓷厂已淘汰前者配方。从支柱绝缘子成型工艺看，有湿、干法成型2种。等静压干法成型工艺是近几年发展的新技术，它具有瓷质结构均匀、强度分散性小、尺寸精确、形位公差好、生产周期短等优点，价格相对比湿法成型较贵。
2）加强产品出厂检验。对支柱瓷绝缘子逐支打击试验，每个端部取3点或4点，剔除有缺陷的瓷件，剔除率约2。根据国家标准规定，逐支要进行50四向额定抗弯负荷试验。对每批次产品，抽取一定数量进行孔隙性和额定弯曲负荷试验，以检验该批次产品质量。
3.2电力部门采取措施，加强管理
1）规范支柱绝缘子&刀闸开关采购。在技术协议上除写明电压等级&爬电距离等技术要求外，应明确瓷质、成型工艺等要求，在价格允许下，优先采用高强度瓷干法成型的产品。对于重要工程或购买数量较大时，应派人到厂家抽检、出厂试验监理。
2）加强刀闸安装调试。加强安装人员培训，使其熟悉、理解安装技术规范，严格按照产品说明书安装，尺寸要准确，避免支柱绝缘子异常受力。对于较长的硬管母线，可采用带伸缩节分段母线，以缓解热胀冷缩作用。
3）加强运行管理和监督检查工作。常检查支柱绝缘子是否有微裂纹现象。对采用六型刀闸的硬母线，刀闸的静触头应改造成减振型触头，以减轻合闸时冲击力。在进行刀闸操作时加强监护，提前设计支柱绝缘子可能发生折断时工作人员撤离预案，尽可能避免人员的伤亡。
4）建议有关部门开展支柱绝缘子机械寿命的研究，在经济技术可行性情况下，强制规定支柱瓷绝缘子更换周期，例如运行15年后须更换。(雍军，沈庆河，胡晓黎，刘朝阳《高电压技术》)