摘要：文章对国内高压输电线路合成绝缘子断裂机理进行了研究，提出了常见的合成绝缘子破坏形式，以广东省500kV惠汕线合成绝缘子断串事故为例分析了事故原因，提出了高压输电线路合成绝缘子在生产和应用环节的改进措施。
关键词：高压输电；合成绝缘子；断裂机理

1　引言

合成绝缘子在高压输电线路中的应用越来越普及，国外在20世纪70年代开始试用，目前大部分国家和地区在高压和超高压输电线路中已普遍使用，国内在电网建设和改造中也已普遍使用合成绝缘子。这主要是由于与传统的绝缘子相比，合成绝缘子具有重量轻、强度高、不需测零、耐污性能好、不需要频繁清扫、易于运输和安装等优点。然而，任何事物都有两面性，合成绝缘子在运行过程中也存在一些问题。国内合成绝缘子存在的问题主要有雷击闪络、硅橡胶伞裙被动物咬噬、污闪、额定机械强度下降、芯棒脆断、硅橡胶憎水性丧失等。合成绝缘子的每种破坏情况都存在着多种因素，本文仅对高压输电线路合成绝缘子的断裂机理进行研究，以利于合成绝缘子的正常生产运行。

2合成绝缘子断裂机理

2.1合成绝缘子脆断的基本特征

合成绝缘子脆断的典型特征是断面由光滑面和粗糙面两部分构成，断裂表面占横截面积的70%～90%，且棒的不同位置常出现多次横向裂纹，形成由棒径向分层联系起来的一个脆断平面，有时脆断面可被一些径向分层截断成几段。故障部位多发生在端部附件附近及内部，运行负荷越低，其端面的粗糙面积占总面积的比例越小。国外资料表明，合成绝缘子断裂在其运行七八个月或15年之后均可能发生，不可预见。

2.2合成绝缘子断裂的主要原因

芯棒酸蚀试验表明，长时间酸蚀是造成芯棒脆断的重要原因[1]。酸的来源有两种：一是合成绝缘子高压端部电场强度较高，电晕严重，空气在电场的作用下电离，产生氮离子与空气中的水结合生成弱硝酸；二是酸雨，尤其在酸雨严重的重污染区。这些弱酸通过端部密封部分直接与芯棒接触，或者沿着合成绝缘子裂纹漫漫渗透，芯棒主要承受拉力的材料是玻璃纤维，由于玻璃纤维对酸性物质较为敏感，在其作用下变脆，形成脆断层，随着时间的推移，脆断层不断增大，芯棒有效面积减少，酸雨对玻璃纤维不断进行腐蚀[2,3]。芯棒在弱酸的长期作用下发生断裂，待断裂面积达到整个截面的相当比例时，余下部分承受不住导线的重量而发生断裂，伴随着拉丝现象产生合成绝缘子脆断。通常在合成绝缘子的生产、运输、安装过程中，难免有合成绝缘子端部密封不良或损伤，造成合成绝缘子缺陷，这又加速了酸性雨水的渗透，增加了脆断发生的概率。此外合成绝缘子材料抗拉强度不够、材质较差、制造工艺不当也是可能造成其脆断的原因。

3典型事故分析

3.1事故简介

广东省500kV惠汕线起始于惠州变电站，止于汕头变电站，1997年12月18日投入运行，线路全长276.44km，导线为4×LGJX—400/50，全线共用国产钢化玻璃绝缘子72005片，美国可靠公司生产的硅橡胶合成绝缘子976串，其中有60串用做耐张串，型号为S478172VG01—300kN，用于直线小转角及直线塔有S278172VG01—210kN型16串、S678172VG01—160kN型852串，有48串用做耐张塔跳线串,型号为S178172VG02—120kN。500kV惠汕线路自投入运行以来，分别于1999年12月16日和2001年1月25日发生过N162塔B相边导线的合成绝缘子和N221塔A相边导线合成绝缘子断裂，都造成导线落地重大事故,发生事故的合成绝缘子都是S678172VG01—160kN型合成绝缘子。地段分别在海丰县梅塘镇平安水库附近和海丰县陶河镇内山顶上,两处都远离人烟,四面环山,青山绿水,十几公里范围内无明显污染源。N162塔B相和N221塔A相的合成绝缘子断裂都发生在靠近导线侧高压端处,其中N162塔B相合成绝缘子的断裂处距金具约3cmN221塔A相的断裂处在金具与芯棒连接处。

3.2事故分析

事故现场附近无明显污染源，发生故障的及其附近的合成绝缘子亦无明显污染物，导线横担及合成绝缘子都无明显的放电痕迹，根据广东省电力系统雷电探测定位系统的探测记录，故障发生期间附近也没有雷电发生，所以事故不属于污闪或雷击事故，对发生断裂的合成绝缘子断面进行仔细的外观检查发现，断裂面有3个端面有发黄的旧痕迹，一个端面则是拉断的新痕迹，在端部金具与芯棒连接的密封处发现有密封不良现象，密封处的硅橡胶上发现有水渗透和金具锈蚀的痕迹。断裂位置发生在合成绝缘子导线侧距金具33mm处，整个断面呈不规则平台状，约1/4面积边缘有拉丝，均压环安装位置及方向符合厂家设计要求，从断裂处测得的合成绝缘子芯棒外护套厚度为2mm，特征基本符合脆断的特征，所以本次线路合成绝缘子断裂事故是由芯棒脆断引起的。主要原因如下：合成绝缘子的芯棒与金具联接处密封层被破坏或芯棒外护套的硅橡胶层有裂纹，由于500kV惠汕线线路紧靠南海，空气潮湿，且空气中含盐雾密度较大，500kV合成绝缘子高压端部电场强度较大，电晕较严重，空气中的氮气及盐雾气体在强电场的作用下电离成氮离子和氯离子，与空气中的水分子结合后生成弱硝酸和弱盐酸，同时大气中含有的其他酸性物质与雨水结合形成弱酸性溶液，通过密封层缺陷处或芯棒外护套硅橡胶层裂纹渗进芯棒，芯棒玻璃纤维在长时间的酸性溶液腐蚀下变脆，形成脆断层，随着时间推移，酸性雨水不断渗入，脆断层不断增大，芯棒有效面积不断减少，待断裂面积达到整个截面的相当比例时，余下部分承受不住导线的重量发生断裂，伴着拉丝现象，产生合成绝缘子脆断。

4减少合成绝缘子脆断事故的建议

由于合成绝缘子发生脆断事故的主要原因是芯棒外护套或密封层受损，使得酸性物质渗透进芯棒而产生的。所以应通过对合成绝缘子的生产过程、运输过程、安装过程等方面进行全程质量监控，提高合成绝缘子从生产到应用整个过程的质量。

（1）采用耐酸性材料做合成绝缘子芯棒材料

合成绝缘子的生产过程质量管理必须按照国际标准严格把关，由于大气污染越来越严重，酸雨的发生面积不断扩大、酸雨次数也在不断增加，合成绝缘子生产厂家应结合用户所处地理位置的污染情况，有选择地采用不同的耐酸材料做为芯棒材料，加强密封材料的性能和厚度，保证合成绝缘子在运输和安装过程中不受损坏。

（2）改进合成绝缘子包装方式

合成绝缘子的包装对保护合成绝缘子质量起

重要作用，由于合成绝缘子的硅橡胶层属易脆性材料，易受损坏，而送电线路具有分散、地域范围广、交通困难的特点，材料的运输既有车船运输又有人力抬运。因此，合成绝缘子生产厂家应结合送电线路的特点，采用分散小包装方式，每个包装箱以2~3串为宜，箱体要有一定强度，保证合成绝缘子在运输过程中不受损伤。

（3）改进合成绝缘子安装方法

合成绝缘子安装过程中的质量控制也很关键，直接影响合成绝缘子的运行。目前线路施工单位在安装合成绝缘子时大多采用单点起吊安装方式，对110kV和220kV线路，由于绝缘子串长度不很长，整体刚性较好，起吊过程中受弯弯矩一般很小，不会有明显损伤；而500kV线路的合成绝缘子长度达4.45m，属细长杆结构，单点起吊时中间弯矩很大，芯棒外面的硅橡胶层有可能因过度受拉而开裂，另外在起吊过程中，风或其它振动都可能使合成绝缘子与塔身发生碰撞而损伤，所以在起吊长度较长的合成绝缘子前有必要对其末端进行牵引，保护合成绝缘子在起吊过程中不与塔身碰撞。

（4）增加试验内容

1）增加芯棒耐酸性能试验，选择耐酸性能较好的材料制造绝缘子芯棒[1]。

2）增加密封性试验。

3）在型式试验中增加机械疲劳性试验，不仅应进行额定机械负荷1min耐受试验，还应进行86%额定机械负荷1h耐受试验。

4）现场试验应推广进行憎水性及其消失、恢复时间试验。

5结束语

合成绝缘子以其优越的机电性能及较好的经济效益而得到广泛的使用，同时潜在问题也不断出现，脆断仅其中一种。绝缘子高压端一侧因电场强度高而产生的较为强烈的电晕对绝缘子的老化会产生怎样的影响，高海拔地区较为强烈的紫外线照射是否会加速绝缘子的老化，反复受潮后的绝缘子吸潮情况如何，还有待于探索和积累经验。