变电站架空线路中悬式玻璃绝缘子串自爆原因分析

变电站架空线路中悬式玻璃绝缘子串自爆原因分析

肖婉茹

（广东电网有限责任公司潮州供电局，潮州市，521000）

摘要：本文主要针对潮州供电局近5年来变电站中架空线路中悬式玻璃绝缘子串发生自爆缺陷层出不穷的情况，分外部以及内部原因两种情况对玻璃绝缘子自爆原因进行逐一分析，总结并提出减少绝缘子发生自爆情况时在检修工作中的具体建议。

关键词：玻璃绝缘子；自爆

Analysis of Self-shattering of Suspended Glass Insulator String inOverhead Lines in Substations

XIAO Wan-ru

（Chaozhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid,Chaozhou,521000）

Abstract：The self-shattering of suspended glass insulator string in overhead lines in substations of Chaozhou Power Supply Bureau have emerged frequent in the past five years, this paper analyzes the reasons of glass insulator self-shattering according to the external and internal reasons, and sums up and puts forward concrete suggestions for reducing the self-shattering of glass insulator in the maintenance work.

Keywords：Glass insulator，Self-shattering

一、背景现状分析

绝缘子是输变电户外架空线路的重要组成部分，在输变电线路中起着电气绝缘以及结构固定的作用，在电网稳定运行中发挥着重要作用。近年来，绝缘子发生自爆以及发热的缺陷之类的问题层出不穷，更换绝缘子工作时需要配合主变、高电压等级线路及母线等停电范围，同时需要3人以上配合特种设备作业车高空作业，具有停电范围大，停电计划难开展、耗费人力物力的特点，因而分析玻璃绝缘子在架空线路运行过程中产生自爆的原因，有助于电网物资采购、线路规划提出预防措施及更优策略，减轻电力一线职工更换绝缘子工作压力，确保电网中输变电架空线路安全稳定运行。

二、潮州供电局配置绝缘子型号、优缺点介绍

目前国内输变电架空线路主要采用钢化玻璃绝缘子、瓷式绝缘子和复合绝缘子。钢化玻璃绝缘子具有检测简易、零值自爆、表层机械强度高、运行维护成本低等优点，但由于玻璃透明，不容易发现内部缺陷，需要进行化学及高压试验检测；瓷式绝缘子具有抗老能力强、具有良好的化学稳定性及热稳定性，但零值检测需要登高逐片进行检测，极其浪费人力物力；复合绝缘子具有体积较小、不易破碎，质量稳定性强，但成本高昂，抗老化能力较弱的特点。

潮州供电局变电管理所目前拥有56个变电站，变电站涵盖电压等级主要有35kV、110kV、220kV以及500kV。目前户外架空线路采用绝缘子类型主要有瓷式绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子，其中玻璃绝缘子占据比重最大。日常消缺工作中需要更换的均为玻璃绝缘子，根据电网管理平台查询台账可知，目前潮州供电局采用的玻璃绝缘子主要有：浙江金利华电气有限公司、自贡赛迪维尔钢化玻璃绝缘子有限公司生产的钢化玻璃绝缘子。玻璃绝缘子主要型号为LXHP6-160、LXHP4-100、LXHP6-70(浙江金利华电气有限公司)、FC100P/146（自贡赛迪维尔钢化玻璃绝缘子有限公司）。

三、潮州供电局2018-2022年绝缘子自爆缺陷数据统计分析

根据数据统计，自2018年以来，潮州供电局变电管理所管辖变电站发生绝缘子自爆的缺陷的问题层出不穷，总计32起（由于自爆的均为玻璃式绝缘子，本文只进行玻璃绝缘子自爆原因的分析，瓷式绝缘子暂不分析考量）。数量最多的韩江巡维中心站管辖的变电站发生绝缘子自爆缺陷总计28起。

由于玻璃绝缘子一般采用在110kV、220kV以及500kV的架空输电线路中，高度超过10米，更换玻璃绝缘子需采用高空作业车提供作业平台，且需1人进行高空作业车操作，2人登上作业台才能进行更换，极大地造成人力、财力以及物力损失，又因为停电范围大，工作时需要配合主变、高电压等级线路及母线停电，停电计划难开展，缺陷发现了只能待停电计划才能安排开展，不能及时处理，这对变电站线路的正常运行造成威胁，安全隐患依然存在。

现收集潮州供电局变电管理所2018年至2022年绝缘子发生自爆的缺陷进行统计分析，数据如下图所示：

从上图可见：（1）韩江巡维中心管辖的变电站出现绝缘子自爆的次数最多，达到28次；（2）各变电站绝缘子串上绝缘子自爆位置分布不均匀，主要分布在第1-5粒，其中第2粒位置自爆的玻璃绝缘子数量最多，而第10粒、第15粒自爆数量为0。

四、变电站架空线路中悬式玻璃绝缘子自爆原因分析

1、内部原因分析

硅酸盐是钢化玻璃的主要成分，同时还包括石英砂等矿物及化工原料。目前国内工艺上采用熔制、压形、钢化、冷热冲击等工业程序完成玻璃的钢化工艺过程。玻璃绝缘子内部存在着内应力以及张应力，内应力以及张应力的平衡是玻璃绝缘子保持优良性能的正常体现。然而，玻璃绝缘子生产的工艺熔制、钢化工艺程序以及杂质的存在，会打破玻璃绝缘子自身内应力以及张应力的分布平衡，质量效果大大下降，是导致架空线路绝缘子自爆的原因之一。

因而在使用玻璃绝缘子或者更换绝缘子前，应请相关专业对绝缘子外部进行检查，同时进行绝缘试验以及检测，避免使用内应力以及张应力失衡的玻璃绝缘子。

2、外部原因分析：

2.1污秽

广东省属于东亚季风区，是全国光、热以及降水丰富的地区。全年空气湿度大，空气中的水分与绝缘子表面的污秽接触形成导电体，产生泄露电流，容易造成绝缘子表面发生热击穿从而发生自爆。

2.2自然因素

潮州局变电站位于沿海地区，夏季降水多，同时台风频繁登陆，雨水、雷电、以及风力等自然因素对于变电站绝缘子自爆均有一定影响。

（1）温度的影响：钢化玻璃绝缘子易受温度影响，尤其是昼夜温差变化的影响。温度从冷到热变化，玻璃绝缘子自爆率较低; 持续高温或温度由热转冷，则自爆率上升；

（2）雨水：夏季雨水的频繁降临，空气湿度大，带有污秽的绝缘子容易发生闪络导致自爆。

（3）风力：夏季台风频繁登陆，变电站悬式绝缘子串受风力影响，线锤摇摆不定，使得玻璃绝缘子受力失衡，是玻璃绝缘子发生自爆的原因之一。

2.3电场

玻璃绝缘子在变电站中受到电场分布以及电位的影响。目前关于电磁场分布的简易算法有很多种类，有以下算法：有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）等。这里采用有限元法进行分析绝缘子的电场分布，利用ansys软件进行玻璃绝缘子在静电场电场强度模拟分布，从而分析玻璃绝缘子产生自爆的原因。

研究表明：单个玻璃绝缘子在静电场环境下，钢帽处的电位较钢脚处的电位更高。通过分析玻璃绝缘子串等电位云图，分析得出：绝缘子串所受电场强度曲线倾向于平缓的U型曲线，绝缘子串双侧所受电场强度最大，发生自爆的概率最大，绝缘子串越趋向于中间位置，所受电场强度越低；发生玻璃绝缘子自爆后的伞裙附件所受电场强度最大，其次是绝缘子串双侧，电场强度最低是绝缘子串中间位置。

因而发现绝缘子自爆后相关人员应及时上报缺陷，及时安排停电时间安排更换，确保线路所受电场强度较为均衡。根据2018年至2022年绝缘子自爆数据，由于数据样本很少，我们只能发现位于第1-5粒区间自爆概率最高，最高为第2粒。

五、对现场工作的建议

1、进行绝缘子更换工作前，检修人员需查询台账确认更换绝缘子的型号规格对应，同时应让试验专业人员进行绝缘试验确保及时发现绝缘子内部缺陷；

2、相关专业人员在新变电站验收过程中，需检查架空输变电绝缘子的测试报告，保留厂家、型号等信息，以备日后为检修工作服务；

3、检修、运行以及智能机巡班在巡视过程中，应按照标准进行专业巡视，可利用图像成型技术结合无人机对绝缘子的自爆破损情况进行巡视，也可利用夜间红外测温及时发现缺陷；

4、靠近灰尘、空气污染严重的工业区的变电站，应定期安排外施人员对绝缘子进行表面清洁或者更换；

5、根据绝缘子自爆原因分析，集思广益，建言献策，利用职工创新项目推进做到进一步优化；

6、加大项目的投入，采用新式合成绝缘子，减少人力进行绝缘子的更换。

六、结束语

玻璃绝缘子优良的性能使得在电网架空线路中应用广泛，但玻璃绝缘子自爆问题一直是困扰变电站架空线路稳定运行的隐形杀手。分析玻璃绝缘子产生自爆的原因，从内部原因、外部原因进行总结分析，有助于我们更加清晰了解到：（1）绝缘子自身内部应力失衡是一个影响因素，应在工艺、运输过程中、使用前进行把关；（2）绝缘子玻璃绝缘子自爆后伞裙所受电场强度最大严重影响着架空线路的正常运行，因而绝缘子自爆后应及时上报缺陷并安排消缺，确保电网中架空线路安稳运行。

致谢

    本次论文的顺利撰写完成，首先感谢我的同事卢沛全、张国章、成绵伟的热心帮助以及技术解答，让我从查阅资料、翻看文献、资料整理到论文撰写逐一顺利完成，另外感谢我的家人一路的支持鼓励。

参考文献：

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[2顾洪连，沈其荣，输电线路玻璃绝缘子自爆缺陷分析，电力建设，第23卷第2期，2002：30-31

[3]张青杰，基于有限元的污秽绝缘子电场分布的分析，河北科技大学，硕士学位论文，2007

[4]罗毅，500kV 蝶岭站钢化玻璃绝缘子自爆原因分析，华南理工大学，硕士学位论文，2017