某220kV架空线路合成绝缘子故障原因分析

某220kV架空线路合成绝缘子故障原因分析

刘锦湖

关键词：故障跳闸合成绝缘子

一、故障经过

2018年1月某220kV架空线路主一电流差动、主二纵联距离保护动作，重合成功，15小时后同一条线路再次跳闸，重合成功，测距与第一次相同。故障跳闸后运维人员检查发现该线路N13塔中相小号侧合成绝缘子击穿，经红外检测时发现该合成绝缘子存在严重的发热。

二、跳闸线路基本信息

1、故障线路位置信息

该线路为双回路直线塔，故障杆塔位于海边山脊上，南侧均为化工区，距海岸线约4.5km，属于沿海I类风区、e级污区。

2、故障合成绝缘子信息

故障合成绝缘子型号为FXBW４-220/100-B型，结构高度2350mm，高低压侧均安装均压环，采用1大2小伞裙，大伞裙间距为80mm，端部采用整体压缩型结构，外护套采用分段挤压成型工艺。于2014年挂网运行，至故障发生2018年1月，挂网运行不足4年。

三、故障原因分析

1、合成绝缘子外观检查情况

经对拆除下来的合成绝缘子进行外观检查，存在以下的情况：

（1）合成绝缘子从高压端至低压端芯棒呈贯通性击穿；

（2）74个伞裙均中71个伞裙端部有穿孔情况，其余3个伞裙为在裙体中有间穿孔情况；

（3）上均压环有电弧烧损情况；

（4）合成绝缘子芯棒护套外表面一侧积污较严重（击穿侧），根据现场情况，积污侧为西北侧。

2、绝缘子受力情况分析

故障杆塔采用单挂点双串的绝缘子串，根据杆塔明细表，该塔的垂直档距为452m，导线为双分裂LGJX-400/50钢芯铝绞线，绝缘子串承受的垂直荷载为13.386kN，每串合成绝缘子所承受的垂荷载为6.693kN，为合成绝缘子额定机械荷载的6.693%，合成绝缘子的安全系数为14.9，符合设计标准。

3、N13塔周边污染源分析

该线路N13塔位于沿海地区山顶，周边分均为化工厂区，东南侧、南侧均为化工厂（如下图中红色区域）。其中距东南侧的化工区距离约500米。

根据风向气象图可见：该线路N13塔所在区域冬季以北风及偏北风为主导风，春季以东风、东南风为主导风。在春秋季受到来自化工区及海洋的综合污秽影响。

4、故障时天气情况

第一次跳闸时，根据气象局的资料，该区域下小雨，北风3-4级，气温约7度。第二次跳闸时，该区域下小雨及大雾，北风3-4级，气温约7度。

4、同期产品故障情况

2017年5月，位于同一区域的某110kV线路发生跳闸，查线发现N107塔C相小号侧合成绝缘子护套存在击穿现象从而引起此次线路跳闸。故障合成绝缘子如下：

从外观上与本次故障合成绝缘子的故障受损情况较接近。根据某权威机构出具的《某110kV路线N107塔合成绝缘子护套击穿试验分析报告》，故障原因判断为：合成绝缘子端部密封和硅橡胶材料不满足技术要求，运行条件下密封性能下降、潮气入侵，合成绝缘子泄漏电流增加，在潮气、表面泄漏电流作用下护套发生电蚀损并不断扩展，造成合成绝缘子绝缘水平严重下降，同时由于该产品硅橡胶击穿场强较低、较易发生击穿，引起护套局部击穿并发展延长形成放电通道，最终造成线路跳闸。

5、初步故障原因分析

综合上述产品故障表象、气象环境因素及同厂产品的历史缺陷情况，初步判断本次故障的原因如下：

（1）由于产品端部密封不满足技术要求，在正常运行条件下密封性能下降、潮气入侵，合成绝缘子泄漏电流增加，在潮气、表面泄漏电流作用下护套发生电蚀损并不断扩展从两端向中部发展。

（2）由于产品硅橡胶材料不符合要求，在合成绝缘子背风侧被海盐及化工类综合污染物覆盖时，在伞裙端部处发生局部放电，在长期的局部放电下护套发生蚀损并不断扩展至芯棒，在潮气及电场作用下护套与芯棒的界面逐渐受损，形成多段小的间隙，伞裙失效。

合成绝缘子在（1）、（2）两种作用叠加时，绝缘子的伞裙作用逐渐失去，当雨水沿着合成绝缘子芯棒与护套界面受损的间隙逐渐向高压侧下移时，当未受损的护套承受的电压小于工频电压时对通过未受损的3个伞裙损坏中部的电蚀位置形成电流通道而发生闪络击穿故障（第一次）。因短路电流的热效应，令通道内的水汽迅速蒸发恢复绝缘，重合闸成功。由于合成绝缘子伞裙已失效，合成绝缘子的泄漏电流剧增，对合成绝缘子表面进行加热，当潮气及雨水被蒸发，绝缘水平得以维持。

当降雨增大或湿气加重至泄漏电流不能蒸发水分时，通道再次被击穿跳闸（第二次），由于同样的原因，通道的绝缘强度迅速恢复，重合闸再次成功。

结论：由于产品质量及外部环境的综合因素导致合成绝缘子芯棒与护套界面受损形成通道，在雨水入侵后在工频电压下发生击穿。

四、建议措施

1、开展对该线路的红外检测工作，排查存在缺陷的合成绝缘子。

2、开展对同批次合成绝缘子的梳理，对位于该塔周边的合成绝缘子进行全面的红外检测及无人机巡视。

3、对同批次的合成绝缘子，选取不同位置、不同污秽类型的选点排查，分析不同环境情况下对该批次合成绝缘子的影响分析。

4、根据影响分析的结果，制定对该批次合成绝缘子的后续处置方式。

5、开展对特殊区域，绝缘子选型的策略探讨，开展差异化的防污手段及绝缘配置方式。

参考文献：

[1]带电设备红外诊断应用规范DL/T664-2008

[2]合成绝缘子运行技术论文选编襄樊国网合成绝缘子股份有限公司2002年8月

[3]陈衡，侯善敬.电力设备故障红外诊断中国电力出版社