送电线路绝缘子的运行常见故障及成因分析
在送电线路上采用的绝缘子，按电介质材料分为瓷、玻璃、有机合成绝缘子3种类型。在长期的运行中，绝缘子会受到雷击、污秽、鸟害、冰雪、高湿、温差等环境因素的影响; 在电气上要承受强电场、雷电冲击电流、工频电弧电流的作用; 在机械上要承受长期工作荷重载、综合荷载、导线舞动等机械力的作用。综合分析3种类型绝缘子的运行性能及特点，研讨绝缘子在运行中出现的问题及解决措施，对于提高线路运行的可靠性是很有必要的。
一、绝缘子材质
瓷和玻璃均为硅酸盐材料。瓷是由石英砂、粘土和长石等原料经过球磨、制浆、炼泥、成形、上釉并烧结成的。泥坯经高温烧结成一种多晶体，其显微结构由多晶体、玻璃相和气孔组成，是一种非均质材料。玻璃是由石英砂、白云石、长石、石灰石和化工原料经过高温熔融成液体后冷凝而成的一种均质的非晶体。有机复合绝缘子的硅橡胶伞盘为高分子聚合物，芯棒为引拔成型的玻璃纤维增强型环氧树脂棒。瓷绝缘子和玻璃绝缘子是由铁帽、钢脚和绝缘件用高标号水泥胶装成一体。有机合成绝缘子是由硅橡胶伞裙、芯棒和端部金具构成一体。有机合成绝缘子与瓷绝缘子和玻璃绝缘子相比较，具有制造工艺简单的特点。
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二、绝缘子的运行性能及分析
1、雷击闪络
在采用瓷、玻璃绝缘子的输电线路中，雷击故障约占故障总数的50%左右; 在全国有机合成绝缘子的故障统计中，雷击故障约占55%左右。雷击故障次数与雷电活动次数成正比，主要发生在雷电活动频繁的地区。根据运行情况有些人认为，与瓷、玻璃绝缘子相比较，有机合成绝缘子的耐雷性能较差。特别是在110kV 及以下电压等级的输电线路中显得较为突出。根据运行经验，在发生雷电闪络后，凡有机合成绝缘子两端均配置有均压环的，绝缘子表面仍保持完好，仅有局部伞裙发白; 而仅只在导线端安装了均压环的，有的伞裙烧损严重，塔侧的金具也被烧蚀; 而两端均没装均压环的，则两端金具及伞裙均有烧蚀现象，需要更换。对有机合成绝缘子的憎水性试验进一步说明，遭雷击闪络但无烧损的绝缘子仍保持较好的憎水性，但有明显烧蚀痕迹绝缘子的憎水性能则大大降低，意味着其耐污闪能力也将大大降低。因此，综合考虑耐雷水平和绝缘子的保护这两个方面，不应该仅为不降低耐雷水平而取消均压环，而应该适当增加绝缘子高度，特别是在雷电活动密集区和雷电易击点，所使用的合成绝缘子更应适当加长，使装配均压环后的空气间隙及放电距离不会减小。装设均压环的另一个好处是使绝缘子串的电场分布更趋均匀，不仅可减缓在长期工作电压下，因局部高场强引发局部放电而造成绝缘 第 2 页
子的老化或劣化，而且在同一放电距离下，可因电场均匀使放电电压提高，从而提高雷击闪络电压。从运行及试验情况来看，均压环的结构及加工状况对放电电压也有一定影响，均压环局部有尖端或因结构不合理形成局部的高场强也会起到降低雷击放电电压的作用; 有机合成绝缘子的雷击闪络大多可重合成功，这是因为有机合成绝缘子属不击穿结构，当放电在空气中发生时，不会对绝缘性能产生不可逆影响，属可恢复性绝缘; 而瓷绝缘子在雷击放电时可能发生内击穿，严重时可能在强大的工频电弧电流作用下发生爆炸，这种情况属不可恢复性绝缘。另需说明的是：有机合成绝缘子的防污性能是源于其外绝缘材料的特性，防雷性能则与外绝缘材料无关，只与其两端间隙距离及电极开状有关，距离越大，电场越均匀，其雷击放电水平就越高。
2、鸟害闪络
在绝缘子正上方的横担及金具上栖立飞鸟时，可能因鸟粪形成鸟害闪络。这种闪络通常是绝缘子表面爬电及空气放电的一种混合闪络。鸟粪短接部分空气间隙并降低绝缘子局部表面的外绝缘性能，造成绝缘子串的绝缘性能下降。鸟害闪络一般可从绝缘子表面的鸟粪残迹及地面的鸟粪痕迹来进行分析。对鸟害闪络，可在绝缘子串正上方的横担上安装鸟刺，防止鸟粪直接落在伞裙的上方，也可在上端第一片装大裙绝缘子，防止鸟粪直接桥接绝缘子伞裙。在采用瓷、玻璃、有机合成绝缘子的线 第 3 页
路中，鸟害引起的闪络均占有相当比例。在有机合成绝缘子的闪络故障统计中，鸟害造成的闪络仅低于雷击闪络，居第二位; 与瓷绝缘子、玻璃绝缘子串相比，由鸟害造成的合成绝缘子闪络率较高。其原因可能是：①有机合成绝缘子的伞间距较小，在鸟排便的瞬间，易于形成鸟粪的桥接，从而发生伞裙间飞弧短接现象。②有机合成绝缘子的伞裙是柔性材料，大鸟粪便在重力作用下坠落时，易于全部顺伞裙边缘落下，不易反弹和飞溅; 而瓷和玻璃属刚性材料，由于反弹和飞溅可以减少落下的鸟粪量，甚至阻断鸟粪对伞裙的桥接。因此，可以说有机合成绝缘子鸟粪闪络率较高是与其本身的结构及材料特点有一定关系的。
3、绝缘子污闪及憎水性
有机合成绝缘子具有污闪电压高的优点。在同样的爬距及污秽条件下，其污闪电压明显高于瓷绝缘子和玻璃绝缘子。原因是硅橡胶伞裙表面为低能面，它具有良好的憎水性，而且硅橡胶材料的憎水性还具有迁移性。通过迁移，到污秽层表面使其也具有了憎水性，污秽层表面的水分以小水珠的形式出现，难以形成连续的水膜，在持续电压的作用下不会像瓷、玻璃绝缘子那样形成集中而强烈的电弧，表面不易形成集中的放电通道，从而具有较高的污闪电压。另外，有机合成绝缘子杆径小，在同样的脏污条件下，其表面电阻比瓷、玻璃绝缘子要大。一般来说，表面电阻越大，污闪电压也越高。此外，与瓷、玻璃绝缘子下表面伞棱 第 4 页
式结构不同，有机合成绝缘子伞裙的结构和形状也不利于污秽的吸附及积累，而且有机合成绝缘子不需要清扫积污，有利于线路的运行维护。但是，运行经验表明：有机合成绝缘子耐污闪能力强并不等于不会污闪，造成污闪的原因是表面快速积污或积污过多造成憎水性难以迁移、气候环境等外因造成绝缘子憎水性减弱或暂时丧失、硅橡胶材料老化造成憎水性及污闪性能下降等。试验及运行中均已发现有机合成绝缘子在长期受潮后，如在连续雨雾的气候条件下，硅橡胶的表面憎水性能有程度不同的下降，有的绝缘子甚至暂时丧失憎水性能，造成漏电增大，污闪性能明显降低。在外部连续雨、雾等潮湿条件消失后憎水性会逐渐恢复。影响有机合成绝缘子憎水性能恢复的主要因素有：①伞裙的硅橡胶材料配方不同，其憎水恢复率也不同，性能良好的硅橡胶材料其憎水性恢复速率快，性能较差的硅橡胶材料其憎水性恢复速率慢，污层表面憎水性迁移的速率也较慢。对不同厂家生产的绝缘子进行憎水性试验，发现不同绝缘子的憎水性、憎水迁移性及憎水性恢复速率均有一定差异，甚至有的厂家新绝缘子的憎水性仅达到瑞典输电研究所推荐的憎水性分类等级的4级水平，这说明硅橡胶材料配方及加工工艺是影响憎水性及其恢复的一个重要因素。②合成绝缘子连续受潮的时间越长，恢复憎水性所需时间越长。③环境温度低，憎水性恢复较慢; 环境温度高，则憎水性恢复较快。④绝缘子表面粗糙度高的，憎水性恢复较慢。运行时间长的旧 第 5 页
绝缘子比新绝缘子憎水性恢复慢，材料的老化亦会影响憎水性的恢复。⑤发生闪络后且有一定烧痕的绝缘子，其憎水性恢复明显减慢。虽然在试验中仍然可能通过各项电气试验，但在一定的气候条件下，特别是湿度大、温度低的气候环境下，闪络的概率明显增大。因此，有机合成绝缘子在一定的气候条件下，发生污秽闪络是完全有可能的。但是，从全国线路污秽统计数据来看，与瓷、玻璃绝缘子相比，有机合成绝缘子由污闪造成的故障次数要明显低得多。
4、绝缘子的劣化及检测
有机合成绝缘子的故障率较国产瓷绝缘子的劣化率及玻璃绝缘子的自爆率低，国产瓷绝缘子的年劣化率约为千分之一，玻璃绝缘子的自爆率约为万分之几。目前，从运行情况来看，有机合成绝缘子的运行可靠性较瓷、玻璃绝缘子好，但随着运行时间的增长，有机材料的老化劣势将逐步突出。其原因：一是伞裙材料的老化将会降低防污性能及电气绝缘性能。二是芯棒多年运行后因其蠕变特性将降低机械强度并暴露出端部金具连接中的问题，而且由于国内不少产品是楔接式，在长期的运行中可能出现微量滑移，使密封胶开缝，在金具端部强电场的作用下，导致加速老化。此外，玻璃绝缘子具有零值自爆的特性。自爆原因：一是来自制造过程中玻璃中的杂质和结瘤。二是运行中玻璃绝缘子的污秽层表面受潮后，在工频电压作用下会发生局部放电。所以，在污秽严重地 第 6 页
区运行的玻璃绝缘子其自爆率会有所增高。但是，玻璃绝缘子的自爆率不同于瓷绝缘子的劣化率和有机合成绝缘子的老化率。玻璃绝缘子的自爆率属早期暴露，随着运行时间的延长，自爆率呈逐年下降趋势; 瓷绝缘子的劣化率属后期暴露，随着时间延长，在机电联合负荷的作用下，其劣化率会逐渐增加; 有机合成绝缘子由于有机材料本身的老化特性，其老化率及劣化率随着时间会增大。国外专业人士一般认为，玻璃绝缘件和瓷绝缘件的老化寿命为50年左右，而有机合成绝缘子的老化寿命不超过25年。但是，玻璃绝缘子有缺陷时伞裙自爆，只要坚持周期性的巡检，就能及时发现和更换。目前，有机合成绝缘子的在线检测还缺乏适当的检测装置及方法，在国内外都是一个正在研究的课题。由于有机合成绝缘子是棒型结构，一旦失效，对线路的影响将大于由多个绝缘子组成的绝缘子串。
5、机械强度
机电破坏负荷试验是检测绝缘子运行特性的一项重要指标。机电破坏负荷试验结果差的产品，随着运行时间的增长，其机械强度会呈现逐渐降低趋势。对在线路上运行年限不同的瓷绝缘子、玻璃绝缘子进行机电性能对比试验，发现部分瓷绝缘子在运行15～25年后，试验值已低于出厂试验标准值，不合格率随运行年限增加。而玻璃绝缘子的稳定性和分散性要好于瓷绝缘子。其原因：一方面是因为国产瓷绝缘子厂家较 第 7 页
多，由于材质及制造工艺等方面的因素，造成质量分散性大。另一方面，由于瓷质烧结体是不均匀材料，在长期的运行过程中受各种机械冲击力、振动力的作用，可能对瓷体造成损伤，导致机械性能下降。有机合成绝缘子在运行若干年后取下进行机械强度试验，发现程度不同的存在机械强度下降的问题。有的是芯棒在额定机械负荷下出现滑移，有的是芯棒从端部金具中脱出，有的是出现断裂。分析其原因：一是由于端部联结的结构和工艺存在问题。二是由于芯棒蠕变特性及材料老化。因此，生产单位应在金属端头与芯棒的联结工艺上严格把好质量关。同时对于运行中有机合成绝缘子的机械强度应采取定期监测措施，结合运行年限的长短，比较机械强度的下降速率，防患于未然。
6、不明原因闪络
在送电线路的运行故障中，有一部分属不明原因闪络。不明原因闪络在瓷、玻璃、有机合成绝缘子中均有发生。所谓不明原因闪络，主要是指闪络状况、类型、原因等难以准确分析及判明。有机合成绝缘子之所以不明原因闪络比例较高，其原因：一是在绝缘子上闪络痕迹不明显，难以准确巡检出故障绝缘子及故障位置。二是发现闪络位置后，将线路上的有机合成绝缘子拆下进行各项电气试验，试验结果表明各项电气性能仍合乎要求，并无明显质量问题。三是对发生闪络时的气候环境进行分析，也没有明显导致闪络的气候条件出现，因闪络时大多无雨， 第 8 页
系统也无任何操作，因此给故障原因的分析增加了难度。为探明闪络的原因，必须要有足够的现场判据。第一，对当时气候环境的调查。第二，对闪络时间段的调查。实际上，由于造成绝缘子不明闪络的影响因素是多方面的，因此发生各次不明原因闪络也会是有区别的。所以最重要的是获得较多的现场第一手资料，才便于为故障分析提供足够的依据。
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