500kV输电线路同串多片玻璃绝缘子自爆原因初步分析

500kV输电线路同串多片玻璃绝缘子自爆原因初步分析

李建磊杨远方

(云南银塔电力建设有限公司云南昆明650000)

【摘要】由于钢化玻璃绝缘子与传统绝缘子比有重量轻，强度高，零值自爆等特点，在高压输电线路中的应用也越来越普及。然而，随着线路通道环境不断的变化，钢化玻璃绝缘子在运行中已多次出现同串绝缘子多片自爆的现象。本次分析主要以500kV博尚墨江Ⅰ回线N148塔C相大号侧外串从导线起第13、4片绝缘子自爆；500kV博尚墨江Ⅱ回线N242塔A相大号侧外串从导线起第15、16、17、18、19、21绝缘子自爆，内串从导线起第17、18、19、20片绝缘子自爆；N304塔A相跳线串大号侧串从导线起第8、23片绝缘子自爆；500kV糯思甲线N067塔中线大号侧串导线起第8、26片绝缘子自爆为例对钢化玻璃绝缘子多片自爆的原因进行分析，以便为钢化玻璃绝缘子的安全稳定运行提供依据。

【关键词】500kV；玻璃绝缘子；自爆

一、钢化玻璃绝缘子的基本特性及自爆特征

1、钢化玻璃绝缘子主要由钢帽、钢化玻璃、钢脚三大部分组成，并用高标号水泥胶合为一体。钢化玻璃绝缘子除了具有机械强度高，长串柔韧性性好，易选择、运输、施工等优点外还具有：

1)劣化能自爆。钢化玻璃绝缘子劣化自爆的优点，使事故隐患便于发现，不需要登塔检测，减少维护工作量。并且玻璃件自爆后仍然具有足够的机械强度不会发生掉串。

2)耐电弧和耐振动性能好。在运行中玻璃绝缘子遭受雷电烧伤的新表面仍是光滑的玻璃体，并有钢化内应力保护层，因此它仍保持了足够的绝缘性能和机械性能。

3)自洁性能好不易老化。玻璃绝缘子不易积污易于清扫，遇下雨后冲洗的绞干净。

二、影响钢化玻璃绝子自爆的主要原因

钢化玻璃绝缘子在运行中，产生自爆的原因归结起来主要有内因（绝缘子本身因素）、外因（外界因素）两种。

1、导致绝缘子自爆的外因分析

1）外力破坏情况

钢化玻璃绝缘子在运行中，可能会受到爆破物、射击等外来力量的冲击，当绝缘子钢化玻璃局部受到的打击破坏负荷大于1017N/cm时，钢化玻璃绝缘子就会发生自爆。

2)气象条件情况

玻璃的导热性能很差，当温度发生剧烈变化时，由于内外层存在较大的温差，又由温差引起收缩应力的差异，内外层产生不同的应力应变，当这种应变力大于玻璃绝缘子能承受的应力时，就会产生自爆。

2、导致绝缘子自爆的内因分析

1）钢化玻璃绝缘子质量缺陷的影响

玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点，也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。玻璃中的结石与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍的增加。当结石膨胀系数小于玻璃，结石周围的切向应力处于受拉状态，伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生，它会扰乱钢化内应力的分布如图1所示，致使在玻璃或经热、冷冲击试验过程中产生自爆。大量试验研究表明，杂质直径在0.01mm以下（与玻璃形成共融体）分布在压应力层内，这种钢化玻璃基本上不会发生自爆。若杂质直径大于0.01mm,又分布在张力层，自爆几率较高。

图1应力状态分布示意图

理想状态的钢化内应压力分布状态钢化内应力偏移的分布状态

2）钢化玻璃绝缘子的自爆与所受荷载的大小有关

钢化玻璃绝缘子自爆的另一个原因是与受荷载的大小有关。玻璃是脆性材料，不像金属材料那样在破坏前有一个形变的过程。玻璃绝缘子在外力作用下，当承受的应力大于允许的弹性极限时，就有自爆，所以玻璃的抗张强度与它的弹性极限非常接近。同时玻璃的抗张强度远小于它的抗压强度，虽然目前使用的玻璃绝缘子玻璃件已经过钢化处理，但是从普洱地区2008年至2012年运行的12条500kV线路输电线路自爆绝缘子统计可以看出，耐张杆塔自爆绝缘子远远高于直线杆塔自爆绝缘子的数量。

3、伞群下表面增加有数个深棱

防污型绝缘子为取得较大的爬电距离，在伞裙下表面增加有数个深棱。当用于粉尘污染较严重的地区，因这种深棱型伞裙导致自洁能力差、清扫不便，以至于绝缘子下表面结垢严重。当运行中绝缘子表面的积污层受潮后，即会在工频电压作用下发生局部放电，且由局部放电引起的长期发热还会导致玻璃件绝缘性能降低，如果工频电流大于20kA或者电弧持续的时间超过0.12秒，都可能引发钢化玻璃绝缘子零值自爆。

三、玻璃绝缘子自爆原因分析

1、自爆绝缘子杆塔参数及绝缘子参数

3、玻璃绝缘子生产工艺对质量的影响

条纹是由于玻璃液熔化工艺不稳定，未充分熔化、均化和澄清而呈现的线条分层，破坏了玻璃液的化学均一性，用这种玻璃液制成的玻璃件在钢化处理时也会产生内应力分布不均匀，所以，条纹对钢化玻璃件事有害无益的。

如果绝缘子表面存在裂纹，其中的应力会出现分布不均的情况，同样也会造成爆裂现象的发生。

图2绝缘子玻璃件有条纹、破损

绝缘子玻璃件有条纹绝缘子玻璃件有破损

四、初步分析结论

由上述对比分析发现钢化玻璃绝缘子自爆的主要原因是：

1、耐张塔绝缘子主要承受导线的水平荷载，且玻璃绝缘子中含有杂质以至于自身结构不合理，致使玻璃绝缘子因局部应力变化导致玻璃抗张强度与它的弹性极限非常接近，使绝缘子发生自爆。

2、由于玻璃绝缘子自身原料清洁、称量的准确性、配合料的均匀度以及玻璃熔制过程中配合料的熔化、均化和澄清等因素。使杂质和玻璃热膨胀系数的差异，它会扰乱钢化内应力的分布，致使在玻璃或经热、冷冲击试验过程中产生自爆。

2、由于玻璃液熔化工艺不稳定，未充分熔化、均化和澄清而呈现的线条分层，运输、施工中使绝缘子玻璃件受损，导致玻璃件产生内应力分布不均匀，产生的绝缘自爆。

五、控制措施

1、线路巡视过程中重点关注绝缘子自爆情况及金具的检查工作，并结合线路沿线群众护线员在绝缘子自爆比较集中地2-3、9-10月份每10天对有自爆绝缘子的区段开展一次特殊巡视。

2、加强绝缘子自爆缺陷的智能检测。现在智能技术飞快发展，对绝缘子的自动缺陷检测中，也可以对该技术进行应用。首先会使用飞机航拍技术，对重点区域进行航拍，获取电力设备的航拍图像，最后将这些航拍图像输入到计算机中，计算机利用智能化算法，就可以发现是否有绝缘子自爆缺陷的产生，及时提醒维护人员对有问题的绝缘子进行维护，避免对电力设施的安全运行造成影响。

3、根据负荷情况适时开展红外测温工作，并对比测温结果分析符合变化是否对玻璃绝缘子的自爆产生有影响。

4、当前防爆绝缘子技术发展十分迅速，这些绝缘子材料具有较好的防爆特性，能够有效降低自爆现象出现的几率，我们应该加大对这些设备的应用。

结语

同串多片绝缘子是电力设备的重要组成部分，在保证供电安全中，发挥着十分重要的现象。绝缘子自爆事故的发生会直接威胁电力输送的安全性，我们应该对其自爆现象有足够的认识，能够掌握其发生自爆的原因，然后积极采取针对性的措施，降低其发生自爆故障的概率。

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