（云南电网有限责任公司昆明供电局 云南省昆明 650000）
摘要：近年来，隔离开关支柱绝缘子断裂事故时有发生，给电网安全运行造成严重威胁。尤其是国内早期生产的支柱绝缘子，制造工艺不良，抗弯强度达不到设计要求，安全裕度偏低，易在倒闸操作过程中发生断裂。支柱瓷绝缘子在承受弯矩和扭矩作用下，会在伞裙的伞根瓷柱上引起应力集中；弯曲负荷作用下，绝缘子自上而下各伞根处的应变逐渐增大，下节绝缘子的最大应变值约为上节绝缘子的2.7倍；扭转负荷作用下，上下两节绝缘子的应变分布比较均匀。本文就止住绝缘子机械强度不够，易断裂进行分析研究。
关键词：变电站；隔离开关；支柱绝缘子；抗弯强度
1 前言
支柱瓷绝缘子是变电站的重要设备，起着电气绝缘和机械支撑的重要作用。在强电磁环境、长期机械载荷及恶劣气象条件等因素综合作用下，支柱瓷绝缘子的机电性能将显著下降，加之产品可能存在的质量问题，容易导致断裂事故发生。隔离开关在操作过程中会对支柱瓷绝缘子产生操作应力，由于部件锈蚀导致传动和转动连接机构卡滞，会引起绝缘子异常受力而断裂。对于不同型式的隔离开关，支柱绝缘子的受力形式有所差异，但主要是承受弯、扭荷载，很容易在操作应力作用下发生断裂事故。因此，研究高压支柱瓷绝缘子的弯、扭受力特性。
图为应变值与扭矩大小的关系：
2 支柱绝缘子断裂故障相关研究概况
自从20世纪70年代来，在我国高压和超高压发电厂和变电站中，使用着大量隔离开关和母线用的支柱绝缘子。支柱绝缘子的安全可靠与否对电网安全、经济、稳定运行至关重要。但由于支柱绝缘子的质量、运行、检修、检测手段及水平的差异，常常发现不了设备的缺陷和隐患，从而导致支柱绝缘子损坏而发生断裂。高压支柱绝缘子的断裂往往容易造成设备的损坏甚至人身伤害事故，变电站部分或者全部停电，严重影响电网的安全稳定运行，这不仅给国家造成巨大的经济损失，同时在社会上也造成了不良的影响。近几年来，国家电网公司系统接连发生了多起运行中的高压支柱瓷绝缘子断裂（包括折断和开裂）事故．据统计，每个网、省公司均发生过绝缘子断裂事故，并多次造成重大停电事故，严重地影响了电力系统的安全稳定运行。
3 支柱绝缘子产品质量问题及缺陷
支柱绝缘子产品质量问题及运巧中出现的缺陷是导致其机电性能下降的主要原因，分析了支柱绝缘子断裂事故的特点：
（1）普通低强度的瓷绝缘子出现断裂问题较多，髙强瓷的问题较少；
（2）断裂事故在全国各地都有发生，发生断裂事故的地区，北方多于南方，尤其东北地区最多，其次是华北地区；
（3）高压支柱瓷绝缘子断裂事故主要集中在220KV、110KV及66KV电压等级，其中以220KV最多，约占一半以上；
（4）高压支柱绝缘子支撑的设备主要是隔离开关和母线，断裂事故中涉及隔离开关的约占80%上；
（5）断裂事故在绝缘子上、中、下部均有发生，其中又下部故障最多，上部其次，中部（上节的下部或下节的上部）最少。
4 绝缘子断裂原因技术分析
（1）断裂的绝缘子未按照工艺要求涂抹沥青层，起不到应有的缓冲作用。一是在设备运行中由于热胀冷缩产生强大分子应力和倒闸操作时机械荷载产生的力都无法缓冲；二是冬、春季节气温变化剧烈，铸铁法兰受环境温度影响，热胀冷缩的速度远高于瓷，由于无沥青缓冲层，铸铁法兰收缩后对瓷柱造成很大的剪切应力作用。
（2）偏心瓷柱长期承受隔离开关导电部分及引线重力、隔离开关在操作中的冲击力等引起的额外力矩作用，尤其是在操作时承受力最大，在瓷柱根部发生断裂，反映出制造厂安装时没有按标准进行抽样检验，检验项目不全，对外形尺寸如高度偏差、轴线垂直度、上下法兰平行度、上下安装孔角度偏移等的检验要求偏松。致使支柱长期受力不均，久而久之易产生伤痕、形成裂纹。
（3）法兰和瓷件的胶装外部未进行可靠密封处理、工艺粗糙，胶装处水泥外露，没有涂防水硅橡胶。当胶装处进水遇冷结冰膨胀后，更加剧了应力集中和瓷质老化，极易产生断裂。
5 防范措施
（1）严格落实国网公司关于预防瓷柱断裂的各项反事故措施，对运行年限久的普通瓷产品，可考虑按运行环境、重要程度等因素分期分批更换；
（2）对新使用、更换的瓷质支柱绝缘子进行超声探伤检测，合格后方可投入运行。自投运之日起，3年为一个周期进行超声波检测，3个周期后检测周期缩短为1年。
（3）加强支柱绝缘子选型工作。瓷质支柱绝缘子优先选用等静压干法成型工艺制造的铝质高强瓷产品；
（4）加强绝缘子验收工作。工程交接时对支柱绝缘子逐只进行超声波探伤检测，必要时进行抗弯强度的抽查工作。外观检查瓷件表面釉层光滑、色泽一致且不应有明显的析晶釉；金属附件胶装部位采用上砂水泥胶装工艺，胶装处胶合剂外露表面应平整且应均匀涂以防水密封胶；绝缘子的主要尺寸偏差及形位偏差应符合文献规定；
（5）为防止瓷柱断裂造成人身伤害，运行人员在对隔离开关进行就地操作时，应站在隔离开关转动方向的外侧位置上。正常操作时使用电动操作，发现卡滞时要按“紧急停止”按钮。对隔离开关检修时要使用检修平台、检修车等，禁止将安全带系在支柱绝缘子上。
6 相关建议
（1）制造企业要努力提高瓷绝缘子质量。一是不断改进产品结构和生产工艺，提高主要生产工序控制水平，提高强度均衡性，减小强度分散性；二是严格按照标准和标书规定进行出厂检验。检验项目可考虑增加无损探伤、打击试验等，以保证产品质量。三是隔离开关制造厂要努力改进隔离开关结构设计，充分考虑隔离开关操作时传动力矩对支柱瓷绝缘子的影响，避免造成支柱瓷绝缘子异常受力。
（2）设计要充分考虑瓷绝缘子的强度裕度，在价格可比的前提下，设计上应适当提高强度等级，尽可能多留些裕度。
（3）加强运行维护管理，确保产品安全可靠运行。一是要充分利用电网检修，认真地进行高压支柱瓷绝缘子的检查和维护工作；二是要加强运行、检修人员培训，提高检修质量，防止隔离开关操动机构锈蚀、卡滞、卡死、别劲；要正确操作，严禁蛮力操作；四是及时检测、及时发现、及时更换可能存在事故隐患的断裂瓷绝缘子。
7 隔离开关支柱瓷绝缘子的机械强度力学特性研究
采用有限元仿真计算与力学试验相结合的方法，分析了支柱瓷绝缘子在承受弯矩和扭矩作用下的力学特性，得到以下结论：
（1）仿真计算和试验表明，高压支柱瓷绝缘子在承受弯曲负荷作用时，伞裙的存在会在伞根瓷柱上引起应力集中，在建立支柱瓷绝缘子力学模型进行机械强度计算和受力分析时，应充分考虑支柱瓷绝缘子的不规则结构对分析结果的影响；
（2）在弯曲负荷作用下，两节支柱瓷绝缘子自上而下，各伞根处的应力应变逐渐增大，最大应力应变位于下节绝缘子下端第1、2片伞裙之间瓷柱上，下节绝缘子的最大应变值约为上节绝缘子的2.7倍，在进行支柱瓷绝缘子选型时，应适当提高下节绝缘子的机械强度；
（3）在扭转负荷作用下，伞裙的存在同样会在伞根瓷柱上引起应力集中，但上下两节支柱瓷绝缘子应力分布比较均匀，在进行支柱瓷绝缘子选型时，应同时考虑上下两节绝缘子的抗扭强度；
（4）在工程实际中，高压支柱瓷绝缘子的断裂经常发生在下法兰与下端第一片伞裙之间，这是由于法兰与瓷体之间的水泥胶装不严，或受环境影响出现开裂脱落，在进行支柱瓷绝缘子设计与生产时，也需要重点关注水泥胶装质量。
8 结束语
变电站隔离开关支柱绝缘子事故的主要原因为绝缘子抗弯强度未达到设计要求，同时存在瓷柱偏心、水泥浇装薄厚相差大、浇装部位没有沥青缓冲层、未涂防水硅橡胶等问题，随着气温变化，在隔离开关操动的机械力作用下发生断裂。生产厂家要提高绝缘子制造工艺水平，运行单位加强设备验收和运行维护，严格按照规程要求开展外观检查、超声探伤，可防止绝缘子断裂事故的发生。
【本文章由“支柱绝缘子机械强度振动检测评估技术研究与应用”科技项目资助。】
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论文作者:董伟,施涛,王清波,邹璟,李钢,陈井锐,赵荣普
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/26
标签：绝缘子论文; 支柱论文; 强度论文; 应力论文; 事故论文; 操作论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第3期论文;