避雷器复合支柱绝缘子断裂分析论文_刘鹏主

（贵州电网有限责任公司六盘水供电局 贵州六盘水 553001）

摘要：为防止雷击过电流对电气设备造成损坏，按设计要求必须在变电站进出线侧及主变位置安装避雷器，达到保护重要设备的目的。在避雷器下端装有雷击计数器，因此需要通过支柱绝缘子与底座连接。目前支柱绝缘子有陶瓷结构和复合材料两种不同的组成方式，因复合材料质量轻的优势，部分厂家开始使用其制作支柱绝缘子，但由于工艺水平参差不齐，发生了几起复合支柱绝缘子发生断裂的故障，本文以一起变电站避雷器复合支柱绝缘子断裂故障为例，通过综合分析找出故障的原因，并提供整改建议。

关键词：避雷器；复合支柱绝缘子；断裂分析。

一、案例分析

下图为现场故障图片，断裂的绝缘子位于避雷器下端，为避雷器提供支持和绝缘，该绝缘子为玻璃丝环绕环氧树脂浸渍固化的圆环（圆筒）型硅橡胶复合支柱绝缘子。

图1

现场检查发现该绝缘子空心管玻璃丝缠绕角度为20度，玻璃纤维缠绕管由于要有足够的抗拉强度和抗弯强度，一般缠绕角度大于30度，见图2。

图2

玻璃纤维抗拉强度为σb，纤维截面积为s,

则玻璃纤维分解在轴向抗拉力，

玻璃纤维分解在环向抗拉力为，

环向抗拉力只能抗内压，不能抗弯，轴向抗拉力可以抗拉和抗弯。当玻璃纤维缠绕角度大于30度时，分解在轴向抗拉力

图3

、经分析可知，玻璃丝的抗拉强度有34.2%提供给绝缘子轴向（抗弯和抗拉)，该绝缘子抗弯强度低。

二、避雷器及支柱绝缘子受力分析

避雷器及引流线的安装尺寸：总高1300h（mm）、绝缘子外径95(mm)、绝缘子内径70（mm)、线型LGJ-185/25、线长度1400（mm)、弧高20.76(mm)、线外径18.9(mm）、线单重0.7061(kg/ m)。

根据避雷器厂家说明函，依据国家标准GB10032进行避雷器参数设计，标准规定110kV避雷器承受导线最大水平拉力为490N，在小于等于490N水平拉力下能可靠运行。

为方便分析，且认为避雷器引流线给避雷器的的张力近似垂直于避雷器。由于引流线较短，线径较小，并且T接在隔离开关引流线上，风压和温度的变化对避雷器引流线影响很小，所以未考虑风压和温度因素，只分析线重和冰重对避雷器引流线的影响。

为了解避雷器受力情况，对引流线进行简化分析。避雷器引流线简化受力图如图3。

经过数值计算，

得到避雷器引流线张力计算表(表1）。

表1: 避雷器引流线张力计算表

从表1可以看出，当覆冰厚度大于15mm时，避雷器引流线张力大于490N，避雷器支柱绝缘子可能开裂。

为了安全，假设预防最大覆冰厚度为40mm，用上述方法计算引流线弧高和长度之比应该大于0.05，才能保证避雷器引流线张力就小于490N。

三、避雷器支柱绝缘子比对分析

避雷器支柱绝缘子为圆环截面，避雷器支柱绝缘子下端固定于混凝土电杆上，上端受避雷器引流线线张力，整个结构相当于悬臂梁，引流线张力相当于剪力，则避雷器支柱绝缘子圆环截面抵抗矩为

式中W----支柱绝缘子圆环截面抵抗矩，

D----柱绝缘子圆环截面外径，

d----柱绝缘子圆环截面内径。

避雷器支柱绝缘子悬臂梁弯矩为

式中M----避雷器支柱绝缘子悬臂梁弯矩，

f----引流线张力，

h----避雷器及支柱绝缘子总高。

则避雷器支座绝缘子抗弯强度为

经过代入数值计算，算出避雷器复合支柱绝缘子抗弯强度和避雷器陶瓷支柱绝缘子抗弯强度，见表2。

表2 避雷器支柱绝缘子抗弯强度计算

硅质陶瓷绝缘子四点弯曲强度为75MPa，经过反推，避雷器陶瓷支柱绝缘子抗剪力为3424N，明显高于避雷器复合支柱绝缘子的490N（见表3）。从表2可以看出，陶瓷绝缘子抗弯强度是复合绝缘子抗弯强度的7倍。

四、总结及建议

1.复合支柱绝缘子套管的玻璃丝缠绕角度低，导致复合支柱绝缘子套管抗弯强度低；

2.避雷器引流线安装弧高过小，当覆冰厚度大于15mm时，避雷器引流线张力大于避雷器复合支柱绝缘子抗剪力，避雷器复合支柱绝缘子开裂。

3.陶瓷绝缘子抗弯强度是复合绝缘子抗弯强度的7倍，建议新建变电站避雷器支柱使绝缘子使用陶瓷绝缘子。

4.在用的避雷器复合支柱绝缘子，为避免避雷器剪力过大，避雷器引流线弧高和长度之比应该大于0.05。

论文作者:刘鹏主

论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期

论文发表时间:2020/1/9

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