浙江省内复合绝缘子断串及芯棒击穿故障分析

复合绝缘子断串及芯棒击穿事故会对输电线路的安全稳定运行构成严重的威胁。文中对2016年以来浙江省内发生的复合绝缘子断串及芯棒击穿故障案例进行统计分析,包括故障概况、产品情况、故障形态、性能试验、故障原因以及相关建议措施等。结果表明,2016年以来浙江省内共发生8起复合绝缘子断串及芯棒击穿故障,包括6起酥朽断裂、1起脆性断裂及1起芯棒击穿。其中,脆性断裂主要为端部密封不良,外部潮气进入,并在长期高场强作用下产生的应力腐蚀所致;酥朽断裂主要为芯棒—护套粘接不良,在受潮、放电、机械应力共同作用下芯棒中环氧树脂基体降解、劣化所致;芯棒击穿为界面局部粘接不实,护套或端部密封破坏,水分沿界面或芯棒的缺陷进入内部,导致局部放电形成碳化通道,并逐渐发展为贯穿性击穿。针对上述统计故障,建议复合绝缘子采用耐应力腐蚀较好的无硼纤维耐酸芯棒,端部附件装配方式采用同轴多向压接,端部密封采用高温硫化硅橡胶注射密封,并保证芯棒—护套界面的粘接强度,同时在运维过程中加强对复合绝缘子的红外、紫外带电检测。     

运行复合绝缘子界面问题分析

为研究运行复合绝缘子界面问题,抽检了广东、广西和河北地区37、68和48支不同运行年限的复合绝缘子,检测其芯棒与护套界面、金具与芯棒及护套材料结合处界面及伞裙与护套界面的性能。采用统计分析法,发现大约有50%早期运行的复合绝缘子存在护套与芯棒间粘接不良;端部金具及密封胶出现不同形式的失效;广东地区83.8%的样品金具内腔和芯棒端头密封失效,河北及广西地区78%的样品劣化。采用挤包穿伞工艺的复合绝缘子伞裙与护套之间粘接均不牢靠,用手可轻易剥离,粘合胶没有弹性、较脆。针对目前标准中检测复合绝缘子界面性能方法不够灵敏的缺陷,根据实际检测需要,提出了测量水煮前后试品泄漏电流,通过泄漏电流变化来判断界面性能的方法。     

绝缘子芯棒碳化对其电场分布特性的影响

针对劣化复合绝缘子容易使输电线路发生闪络、跳闸、芯棒脆断等事故,严重威胁电力系统安全运行的问题,对护套和芯棒间存在碳化通道这种劣化情况下的复合绝缘子进行研究。采用有限元法对复合绝缘子碳化芯棒周围电场进行计算分析,建立绝缘子仿真计算模型,并在实验室条件下,现场测量护套和芯棒间存在碳化通道的沿串电场分布,实验测量数据与仿真结果基本一致,验证了理论计算的正确性。研究结果表明,碳化通道会畸变绝缘子串空间电场的分布,通道距高压端越近畸变越明显;碳化通道所贯穿的绝缘子伞裙其内部的电场值有所增大。     

500kV输电线路复合绝缘子断裂事故分析

本文以湖南某500kV线路复合绝缘子断裂事故为例,描述了复合绝缘子护套破损、芯棒蚀损的形貌特征,并对造成故障的可能原因进行了分析。结合运行经验及试验论证,认为端部缺陷是导致该复合绝缘子断裂的主要原因,并对复合绝缘子的运行维护等工作阶段提出了建议。     

220kV沿海线路复合绝缘子异常发热问题原因分析

以沿海地区某220 kV运维交流线路出现较大面积复合绝缘子发热为背景,选取6支绝缘子样品进行复合绝缘子芯棒发热原因分析。对发热绝缘子及同塔的其他绝缘子进行了外观检查、试验分析,综合分析了发热原因。结果表明,绝缘子存在批次性芯棒-护套粘接不良,其中绝缘子发热位置芯棒-护套已完全脱离,芯棒-护套界面气隙受潮导致绝缘子发热。针对复合绝缘子产品使用和运维,提出了供相关运行单位参考的建议。     

棒形悬垂复合绝缘子芯棒脆断的原因及预防对策

通过对500kV棒形复合绝缘子高压端芯棒脆断事故发生原因的分析,指出其主要原因为绝缘子串电压分布严重不均匀及均压环设计、安装不规范而引起导线端电场畸变,加速了硅橡胶护套的电蚀穿孔所致.提出了将原下垂式线夹更换为上扛式防电晕线夹,作导线挂点“八”字型改造,在复合绝缘子导线侧加挂玻璃绝缘子;采用非标准长度的复合绝缘子与玻璃绝缘子组合成串等对策,以改善复合绝缘子的电场分布,降低导线端所承受的电压,消除畸变电场,预防芯棒脆断.实践表明,改进效果良好.     

复合绝缘子护套与芯棒界面粘接性及界面质量检测方法研究

为有效评价复合绝缘子护套与芯棒的界面质量,文中首先提出了一种护套—芯棒压剪试验方法,通过检测护套与芯棒的界面粘接强度对界面粘接性进行评判。对3支运行复合绝缘子不同位置的试样分别进行护套—芯棒压剪试验和解剖试验,结果表明护套—芯棒压剪试验可以有效检测护套与芯棒界面的粘接性。进一步研究护套与芯棒界面质量的检测方法,对水煮后的带护套芯棒试样先后进行改进的水扩散试验和护套—芯棒压剪试验,结果表明界面泄漏电流值和界面粘接强度,可以分别反映护套与芯棒界面的缺陷和粘接性。研究说明结合改进的水扩散试验方法与护套—芯棒压剪试验方法可以对护套与芯棒的界面质量进行有效检测。     

预防悬垂复合绝缘子芯棒断裂的对策

通过对500kV棒形复合绝缘子高压端芯棒脆断事故发生原因的分析,指出其主要原因为绝缘子串电压分布严重不及均压环设计、安装不规范引起导线端电场畸变,加速硅橡胶护套发生电蚀穿孔所致.提出将原下垂式线夹更换为上扛式防电晕线夹,导线挂点"八"字型改造,在复合绝缘子导线侧加挂玻璃绝缘子;采用非标准长度的复合绝缘子与玻璃绝缘子组合成串等对策来改善复合绝缘子的电场分布,降低其导线端承受的电压,消除畸变电场,达到预防芯棒脆断目的.     

架空输电线路复合绝缘子掉串原因分析及对策

文章收集了四川省电力公司范围内挂网运行复合绝缘子重要掉串事件,对芯棒脆断机理进行了深入分析,提出了早期复合绝缘子由于结构缺陷导致芯棒渗水酸化脆断的结论。并对目前四川复合绝缘子运行中存在的问题进行了分析,对今后如何做好复合绝缘子运行工作提出了建议和意见。     

500kV吊串复合绝缘子断裂原因分析

通过对500 kV潍崂线277号铁塔故障吊串复合绝缘子的检查,并和该线路同周期运行的2支非故障吊串进行对比试验,原因为硅橡胶护套由于电蚀、外力等长期作用下护套穿孔,导致芯棒与外界接触,芯棒长期腐蚀作用下断裂,提出了相应的预防措施。     

合成绝缘子芯棒脆断性能及试验方法的研究

国内合成绝缘子的使用量越来越大，随着运行时间的增加，发生的故障也越来越多。其中由于合成绝缘子芯棒的脆断而导致的事故已经发生了多起，这个问题在国内引起了广泛的关注。文章在实验室采用两种加载方式对脆断过程进行模拟。一种是恒定应力法，用来检查芯棒的耐应力腐蚀性能；另外一种是递减应力法，用来模拟出和实际运行复合绝缘子中出现的尽可能类似的脆断断口。在实验室成功的模拟出和运行中几乎相同的芯棒脆断断口，对芯棒的脆断性能有所了解。试验时的一些因素会显著影响脆断的发展过程，而这些因素在国外试验草案中都未得到充分的讨论和说明。通过对试验条件的研究，给出了合成绝缘子芯棒耐应力腐蚀试验方法。     

FRP rods for brittle fracture resistant composite insulators

Brittle fracture of fibreglass reinforced polymer (FRP) rods can lead to mechanical failures of composite insulators even at low mechanical loads during operational service. Although this fact has been known for 20 years, it may still be a problem in some designs of composite insulators at the present time. In order to find countermeasures against brittle fracture, a study was carried out in the early eighties. It turned out that brittle fracture is a problem of FRP material and that material compositions exist, resistant to brittle fracture. A brittle fracture resistant FRP rod introduced in 1983 in one particular design of composite insulators resulted in a 15 year excellent service performance. This study deals with details of brittle fracture of FRP rods. Test setups were established to induce brittle fracture artificially. It was realized that brittle fracture is some kind of stress corrosion related to the composition of the FRP material. A broad variety of FRP materials was evaluated, showing the influence of the components of FRP material on the brittle fracture behavior of FRP rods as well as the effects of different manufacturing processes. The compositions of brittle fracture resistant FRP rods are disclosed. The results from artificial testing are compared with brittle fracture of FRP rods that occurred in composite insulators in operational service. Although no quantitative correlation could be established, the trend concerning the material behavior of FRP rods is similar     

复合绝缘子用耐酸芯棒的脆断性能研究

研究了复合绝缘子用耐酸芯棒的性能,对4种芯棒在不同浓度的硝酸中的耐腐蚀性能进行了长期试验.结果表明,各项指标都符合应力腐蚀试验标准的耐酸芯棒其耐腐蚀性能也存在较大差别,性能好的耐酸芯棒即使在非常严酷的条件下也很难发生脆断.为适应不同工程应用的要求,作者根据试验结果讨论了选择优良耐酸芯棒的试验方法.     

超声法检测绝缘子用玻璃钢芯棒脆断裂纹的研究

脆断是高电压复合绝缘子在很低的日常载荷下发生的恶性断裂事故，国内外研究认为应力腐蚀造成了绝缘子芯棒脆断的发生。文中根据芯棒脆断的特点，提出以超声纵波斜入射检测芯棒脆断横截面上的裂纹，同时据此研制了一种用于芯棒脆断裂纹检测的超声探头，并对芯棒脆断时裂纹的扩展过程进行了检测，得到了芯棒脆断裂纹发展过程中超声脉冲回波幅值的变化并对其进行了讨论分析，这对于进一步了解复合绝缘子的脆断机理有重要意义。     

玻璃纤维含量对复合绝缘子芯棒机械性能的影响

特高压复合绝缘子对于芯棒有较高的拉弯性能要求。通过对芯棒进行强度性能测试,研究了玻璃纤维纱含量对芯棒拉弯性能的影响。结果表明,当芯棒的纤维质量分数在79%～83%时,芯棒的机械性能最优。复合绝缘子中的芯棒最终按照质量分数80%左右的纤维含量进行生产,产品顺利通过了复合相间间隔棒产品定型试验。     

防护复合绝缘子芯棒脆断的方法

针对高压输电线路复合绝缘子发生的脆断事故,提出采用无硼耐酸芯棒以外的另一种有效防护复合绝缘子芯棒脆断的方法。在复合绝缘子芯棒表面涂覆一层鳞片涂料,涂层厚度达0.1mm以上时,可以形成有效的应力腐蚀防护层。应力腐蚀测试结果表明,原耐应力腐蚀性能很差的芯棒可改变为能达到应力腐蚀标准的芯棒,且远远超过标准要求。芯棒耐应力腐蚀性能可进一步随涂层厚度的增加而提高。该方法在不改变芯棒原来的电气、机械性能情况下,大大提高了芯棒的耐应力腐蚀性能,从而得到一种电气性能与耐应力腐蚀性能均优异的复合绝缘子芯棒;且该方法简单易行,可对现有耐应力腐蚀性能较差的芯棒进行改进。     

超声导波检测绝缘子用玻璃钢芯棒缺陷

统计表明,因芯棒断裂造成绝缘子损坏在高压线路恶性事故中占很大比重。为快速、准确检测绝缘子用玻璃钢芯棒缺陷,提出一种新的检测手段:超声导波检测。以110kV绝缘子用玻璃钢芯棒为研究对象,根据导波理论研究了导波在芯棒中的传播特性,得到了导波纵向和扭转模态的频散曲线,初步确定了仿真和实验所用激励信号的频率范围。通过有限元仿真,得出了导波在有无缺陷芯棒中的波形分布规律。基于理论分析和仿真结果进行了玻璃钢芯棒的导波检测实验,实验结果表明:10周期40kHz和20周期32kHz的L(0,1)模态导波均能较好地检测出芯棒中的缺陷,且前者能较准确地确定缺陷位置,后者更适于较长的芯棒检测;在一定范围内,被检测的芯棒越长,检测效果越好。研究结果为绝缘子用玻璃钢芯棒缺陷检测提供了一种新思路。     

Interfacial phenomena in composite high voltage insulation

This paper deals with two different types of composite insulating materials for HV outdoor insulation technology. For outdoor applications fiberglass reinforced polymer (FRP) is used mainly in transmission line insulators (composite long rods), and as power apparatus housings (composite hollow core insulators). During the last decade mineral filled polymer (MFP) was found to be very suitable for outdoor insulation in the medium and HV ranges. To meet the outdoor demands, long-term stability and durability against environmental stresses are necessary. Composite insulation consists of more than one dielectric component, and linking at least two different kinds of materials leads to interface problems. These regions always appear as weak material structures that can be attacked by various aging mechanisms. The long-term performance and aging resistance are determined by the interface quality. One can distinguish four principal kinds of interface: microscopic, e.g. those between fillers and matrix components; macroscopic, e.g. those between glass fiber rod and polymeric shielding material; internal, in the insulation bulk; and external, solid surface against a liquid or gaseous phase. Today the use of composite insulating materials in HV technology is state of the art. They offer a wide range of superior properties for indoor as well as for outdoor applications. Further improvements should focus on the hydrophobicity and on the long term resistance of the external interface and the stability of the internal interface     

Failure analyses of nonceramic insulators. Part 1: Brittle fracture characteristics

Nonceramic insulators, also referred to as composite, polymer or polymeric insulators, are used in overhead transmission lines with line voltages in the range of 69 to 735 kV. Despite the many benefits that nonceramic insulators offer in comparison with their porcelain counterparts, they can fail mechanically in service by rod fracture. One of the mechanical failure modes of the insulators is a failure process called brittle fracture, which is caused by the stress corrosion cracking (SCC) of the GRP rods. The process is catastrophic and unpredictable, leading to the drop of energized transmission lines. The most important characteristics of the brittle fracture process, which can occasionally affect high voltage nonceramic transmission line insulators, leading to their catastrophic in-service failures, have been presented in this article. In addition, several experimental techniques were suggested for the simulation of brittle fracture under laboratory conditions. Only the most important aspects of brittle fracture process have been discussed here.