复合绝缘子酥朽断裂研究(一):酥朽断裂的主要特征、定义及判据

近年来新出现了一种不同于脆断和通常断裂的复合绝缘子异常断裂现象,笔者将其命名为复合绝缘子酥朽断裂。由2篇论文组成的系列论文旨在将复合绝缘子酥朽断裂作为一类单独的复合绝缘子机械断裂形式进行研究。该文作为系列论文的第1篇,从现场实际的酥朽断裂事故绝缘子的试验分析出发,解释了酥朽断裂命名方式中"酥"和"朽"的具体含义,归纳并提炼出复合绝缘子芯棒中环氧树脂基体的劣化、降解是酥朽断裂的主要特征,并指出酥朽断裂的初始劣化点位于硅橡胶护套与玻璃钢芯棒的界面处;酥朽断裂的产生机理为:放电、电流电蚀环氧树脂基体;受潮条件下放电产生酸性介质;酸性介质、机械应力"切割"玻璃纤维,且芯棒劣化的方向是从外向内。酥朽断裂的明确定义为:在受潮、放电、电流、酸性介质、机械应力共同作用下的复合绝缘子异常断裂现象。芯棒中环氧树脂基体的降解、劣化与否,是区别酥朽断裂与脆性断裂、通常断裂最直接的判据。     

复合绝缘子脆性断裂与酥朽断裂差异性研究北大核心CSCD

为了深入地研究复合绝缘子的酥朽断裂,获得其与脆断的异同,文中对现场酥断故障复合绝缘子进行了外观形貌检查、扫描电镜分析、傅里叶光谱分析以及X射线扫描分析,并且将结果与脆断绝缘子进行了相应地对比分析。分析表明:酥朽绝缘子断口颜色不再正常,芯棒变软劣化,脆断端口颜色正常;与脆断相比,酥朽样品的电镜结果出现了树脂的气泡现象,纤维丝裸露更严重;元素分析表明,两者都受到了硝酸入侵,都出现了芯棒的水解,但酥朽时更严重。基于实验结果,对两者的断裂机理进行了总结分析,得出放电与酸是造成这类故障的共同因素。     

复合绝缘子芯棒湿热条件下劣化特性研究北大核心CSCD

近年来,复合绝缘子酥朽断裂问题引起了学术界及工业界的高度重视,但断裂原因一直莫衷一是。研究表明了复合绝缘子酥朽断裂的原因可能包括湿气侵蚀、电蚀、酸性介质腐蚀等因素。针对湿气侵蚀因素,文中研究了复合绝缘子芯棒在湿热条件下的劣化过程。首先观察了芯棒湿热作用后芯棒的宏观形貌,发现芯棒呈现发黄发白的颜色,质地变得疏松,形如腐朽的木头。随后对芯棒在高湿环境下的发热情况进行了观测,发现劣化后芯棒的温升明显高于未劣化芯棒的温升。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、热失重分析(TGA)等实验分析了芯棒在湿热作用后的理化特性,发现芯棒的环氧树脂基体发生了酯基的水解反应和环氧大分子的分解反应,而玻璃纤维没有明显劣化现象但有排列错乱的情况。湿热作用后芯棒的理化特性和温升情况表明芯棒在运行条件下可能形成发热和劣化的正反馈循环。最后,将湿热劣化后的芯棒与现场酥朽断裂芯棒的宏观形貌和理化特性进行对比,揭示了湿热作用是导致复合绝缘子酥朽断裂的重要原因之一。     

不同湿度和观测距离下酥朽复合绝缘子的温升特性研究

针对500 kV酥朽劣化复合绝缘子在干燥、55%、75%、95%环境湿度以及3、5、7 m观测距离下开展红外温升试验,研究不同湿度和观测距离下酥朽复合绝缘子的温升特性。结果表明：酥朽复合绝缘子的温升随环境湿度的增大整体上呈增大趋势,相较于在干燥环境下,在湿度为95%环境下其温升提高了22%～40%,且在湿度一定的情况下,温升随观测距离的增大而减小。通过酥朽复合绝缘子轴线上的温升分布曲线特征可以判断芯棒酥朽劣化段长度,实现酥朽绝缘子酥朽段长度的无损检测。     

复合绝缘子芯棒断裂研究现状

在电力系统中复合绝缘子芯棒承担全部机械负荷,故一旦发生芯棒断裂事故就会产生严重的后果。根据当前国内外对复合绝缘子芯棒断裂的研究情况,可将复合绝缘子断裂类型分为3类:普通形式断裂、脆性断裂和酥朽断裂;本文重点阐述了国内外对芯棒脆性断裂、酥朽断裂的研究过程、发生机理以及防护措施。同时根据研究现状提出一些亟待解决的问题,为今后的研究提供参考。     

复合绝缘子酥朽发热老化的原因分析

为探究500 kV陕瀛线复合绝缘子异常发热的原因,采集故障绝缘子样本进行了红外和紫外检测、解剖分析、电镜扫描、X射线能谱分析等试验,结果表明,陕瀛线复合绝缘子异常发热故障是酥朽老化引起;酥朽老化是绝缘子的内部蚀损导致,其直接表现特征为局部发热,红外精确定位是早期发现此类故障的有效办法;酥朽老化的形成过程与复合绝缘子内部缺陷引起的局部放电有关,局放引起发热,伴随环氧树脂化学裂解,玻璃纤维表面蚀损,硝酸根离子产生等特征,导致绝缘子机械强度下降。     

复合绝缘子芯棒在表面微电流作用下的水解

近年来,我国出现了若干起复合绝缘子不明原因异常断裂事故,对超、特高压输电线路的安全稳定运行提出了严峻挑战。为此,从芯棒水解导致复合绝缘子异常断裂的假设出发,进行复合绝缘子芯棒材料在表面微电流作用下的水解试验,对复合绝缘子的这种异常断裂进行了实验室模拟。试验结果表明,模拟试验中的芯棒满足这种断裂现象的4个特征:1)芯棒质地变酥,颜色发生变化,形如朽木,玻璃纤维和树脂破碎;2)在高电压作用下,芯棒机械强度发生大幅下降;3)芯棒机械强度下降过程中,表面出现放电和温升现象;4)芯棒的机械强度下降是在没有外加机械载荷的条件下发生的。经分析,将复合绝缘子芯棒的酥朽断裂起始和发展过程分为水解潜伏期、水解发生期、水解发展期、放电发展期和失效发生期共5个阶段。复合绝缘子芯棒在表面电流作用下会加速水解:流过绝缘子芯棒表面的电流及芯棒表面的放电强度从水解发生期开始逐渐增大;到失效发生期,复合绝缘子芯棒表面形成明显的碳化通道,电流急剧增大,机械强度大幅下降。     

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。     

高压复合绝缘子用GFRP材料吸湿特性及湿应力分布数值模拟

在我国南方长期高温高湿环境下,外界水分逐渐侵入复合绝缘子芯棒内部,会造成芯棒酥朽劣化甚至会使整支绝缘子断裂,因此准确模拟及分析水分入侵过程对于解决此类问题至关重要。该文仿真计算外界环境温度分别为10℃、20℃和30℃,相对湿度为90%下高压复合绝缘子用玻璃纤维增强环氧树脂（GFRP）材料的瞬态吸湿扩散过程及材料内部的湿应力变化情况。结果显示,水分在GFRP材料内部的扩散过程满足Fick定律,且吸湿扩散率和饱和吸湿率均随环境温度的升高而有所增大;在GFRP材料内部纤维分布密集处和纤维-基体界面处存在较大的湿应力和湿失配应力,且其与吸湿量正相关。当饱和吸湿率在0.008%～0.4%时,材料内部最大湿应力可达到48.07～66.06MPa。进一步研究分析得出,材料内部吸湿和脱湿周期性循环且湿应力水平较高的情况下,易产生微裂纹、微孔洞、纤维-基体界面脱粘开裂等缺陷,并进一步促进材料的吸湿。该文将计算值与已有文献中的试验值进行比较,相对误差在±5%以内,验证了模型的合理性和计算结果的正确性。研究结论对揭示复合绝缘子芯棒酥朽断裂机理、提高复合绝缘子使用寿命具有重要的参考价值。     

复合绝缘子断裂原因分析及缺陷评价方法

为了调查南方电网中复合绝缘子在运行过程中发生断裂的原因,对交流500kV线路断裂复合绝缘子进行了外观观测、材料试验和解剖试验3方面的分析研究,结果表明该绝缘子界面粘接质量较差,芯棒与护套界面发生局部放电,造成芯棒与护套的老化与蚀损。在长期局部放电作用下,护套表面形成蚀孔,潮气进入后,加剧芯棒和护套的蚀损与老化,最终发生断裂。为评价芯棒和护套的粘接性,提出了一种新的5等级评价方法,并对该线路同批次6支绝缘子进行了分级评价。通过分级评价,可看出复合绝缘子芯棒与护套之间的粘接性与2个因素有关:绝缘子生产过程中界面的粘接质量和长期的高场强作用。     

一起500 kV线路复合绝缘子断裂的应急处理及原因分析

某500 kV紧凑型线路N111塔中相V串复合绝缘子右侧前串断裂,通过对N111未断裂、断裂绝缘子进行相关试验,排除了外部环境污染、环境腐蚀、舞动、鸟啄等因素导致复合绝缘子断裂,得出绝缘子护套出现局部缺陷,在电场、雨、电解质等的综合作用下,芯棒逐渐发生电腐蚀,最终造成芯棒机械性能下降而断裂的结论。     

一起220kV复合绝缘子芯棒断裂事故分析

复合绝缘子芯棒断裂事故会对输电线路的安全稳定运行构成严重的威胁。结合某220 kV线路复合绝缘子芯棒断裂事故,对断裂绝缘子及同批次产品进行了外观检查、性能试验、解剖检查、材料试验,分析了绝缘子芯棒断裂的原因及机理。结果表明:该绝缘子端部结构存在缺陷及密封性能不良的问题,导致芯棒玻璃纤维受到酸液侵蚀,逐渐产生应力腐蚀过程,在弱酸腐蚀及应力的共同作用下机械性能不断降低,最终整支芯棒发生断裂。针对芯棒脆断现象和长期机械性能不佳的问题,建议将复合绝缘子端部金具楔式结构逐批更换为压接式结构,并加强端部金具及护套的密封,以及采用无硼纤维耐酸芯棒。     

500 kV葛双一回复合绝缘子芯棒裂断原因分析

通过对一起复合绝缘子芯棒断事故特征分析和同期运行在500kV输电线路上的复合绝缘子抽样试验,初步判断复合绝缘子芯棒断裂原因属酸蚀脆断,并据此提出防止类似事故发生的措施,即厂商应改进金具接头界面的密封工艺并注意复合绝缘子芯棒的抗蚀性能,而设计者应改进复合绝缘子的技术参数。     

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。     

复合绝缘子内部缺陷微波致热检测方法

为了探测复合绝缘子的内部界面缺陷,文中提出一种基于微波致热的检测方法。针对电力系统中的常用设备——复合绝缘子的典型缺陷,结合电磁波理论,分析了微波在不同介电常数材料中传播特性的差异。通过有限元仿真分析,获得了含酥朽缺陷复合绝缘子在交流电压下的发热特性,并对比了微波作用下酥朽老化绝缘子与正常复合绝缘子发热特性的差异。使用实际出现朽化缺陷的芯棒样品,测试了微波加热后表面温升的特性,分析了微波入射方向、处理时间、功率对发热的影响。仿真与试验结果验证了微波致热检测绝缘子内部缺陷的有效性。通过对微波处理前后的样品开展质量监测、热失重、傅里叶红外光谱测试,分析了微波致热方法对复合绝缘子样品的劣化作用。     

一起500 kV线路复合绝缘子发热缺陷分析

复合绝缘子发热缺陷会对输电线路的安全稳定运行构成严重威胁。针对一起500 k V线路复合绝缘子发热事件，对该线路两种型号的发热绝缘子进行了外观检查、红外检测、解剖检查、憎水性试验、渗透性试验、水扩散试验、密封性试验，分析了复合绝缘子发热的缺陷及发热原因。结果表明：两种型号发热绝缘子均存在芯棒-护套粘接不良缺陷，同时水扩散泄漏电流幅值超过标准值，该缺陷是导致绝缘子芯棒酥朽并发热的原因。针对该缺陷提出了运行维护建议。     

工频高压持续时间对不同湿度复合绝缘子芯棒劣化影响研究

复合绝缘子已经在输电线路中得到了大规模应用,近些年出现许多由芯棒劣化引起的电网事故,亟需探明影响复合绝缘子芯棒劣化的因素及影响规律。为了研究匀强电场下不同加压时间和湿度环境对复合绝缘子芯棒劣化的影响规律,首先仿真分析了采用介质阻挡放电方式产生的电场分布情况。设计搭建了电老化试验平台,对干燥条件和潮湿条件下芯棒试样开展200、400、800 h的工频电老化试验。对全新试样和老化试样的材料学特性进行检测,分析相应的影响规律。结果表明：经过电老化后,芯棒中的环氧树脂含量降低。当老化时间小于400 h时,潮湿与干燥条件下的环氧树脂含量差距不大,当老化时间增加到800 h时,潮湿条件下的环氧树脂含量明显低于干燥条件。     

一起220 kV复合绝缘子断裂故障分析

针对广西电网某220 kV重要输电线路复合绝缘子断裂问题,依据GB/T 19519—2014和DL/T 1000.3—2015对断裂复合绝缘子及相邻铁塔上挂网运行的12只复合绝缘子进行了机械特性、耐应力腐蚀、憎水性和水扩散试验,并对断裂的复合绝缘子进行解剖分析。结果表明:6只绝缘子机械破坏负荷在1.4倍额定机械负荷以上,憎水性为HC3~HC4级;另外6只绝缘子应力腐蚀试验均不合格。分析认为断裂绝缘子芯棒是非耐酸芯棒,该批次绝缘子产品的耐酸性能较差。对该故障提出整改措施,以避免类似故障再次发生。     

复合绝缘子断裂机理分析及建议

为了提高复合绝缘子生产及运行维护水平,深入分析复合绝缘子断裂机理。通过进行吸水性、渗水性及加速老化等多种试验,分析了一起500 kV线路复合绝缘子断裂原因。结果表明,该绝缘子断裂原因是其界面区域长期存在局部放电,加剧芯棒和护套的蚀损与老化所致。同时证明了对于微观界面质量差的复合绝缘子,水分会穿过其完好的硅橡胶护套材料进入存在缺陷的交界面,引发绝缘子老化。基于分析结果,提出在生产及运行维护中预防复合绝缘子断裂的建议。     

500kV复合绝缘子脆断事故研究与劣化机理分析

笔者分析了一起500 kV复合绝缘子脆断事故以及老化机理。该复合绝缘子脆断事故的特征与常见的脆断故障不同,在硅橡胶护套表面出现了部分贯通蚀孔,解剖后可以发现部分区域脱粘且在护套与芯棒交界面有漏电蚀痕。观察到故障复合绝缘子的宏观与微观交界面均存在一定的质量问题。使用傅氏变换红外光谱分析芯棒材料,证明在芯棒材料中存在玻璃化侵蚀,离子交换以及水解等老化过程。最后结合试验结果,分析了此类由于水份侵入而造成的老化现象,并建议在线监测中需关注复合绝缘子交界面质量。