瓷柱的电气和机械性能问题

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：造成外绝缘闪络的原因主要是瓷柱的爬电距离和对地绝缘距离不够。防止措施是开发新型瓷柱以增加爬电距离和瓷柱高度、提高整体绝缘水平。现场对瓷柱解剖结果表明,胶装质量问题较多。由于瓷柱在制坯、干燥、焙烧过程中,工艺不合理,使瓷柱产生了先天性的缺陷,内部存在大量的气孔和微观裂纹,机械强度极低,在应力腐蚀下极易断裂。采用超声波无损探伤仪对瓷柱进行检测,测试不合格的瓷柱应立即更换。

(一) 外绝缘闪络

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图6-29　触头与导电管连接图

1—导电管;2—塞;3—圆柱销;4—触头;5—垫;6—弹簧垫;7—M12螺栓

隔离开关外绝缘闪络,主要发生在棒式绝缘子上。由于外绝缘闪络,多次引起大面积停电事故。例如,某电厂GW5—110型隔离开关发生雾闪,导致支持瓷柱爆炸,迫使三台机组停电;又如,某地区大雾,导致某变电所和某电厂的GW4—220型隔离开关瓷柱发生雾闪,造成大面积停电。

造成外绝缘闪络的原因主要是瓷柱的爬电距离和对地绝缘距离不够。防止措施是开发新型瓷柱以增加爬电距离和瓷柱高度、提高整体绝缘水平。

(二) 瓷柱断裂

1.特点

隔离开关瓷柱断裂,一直是困扰着电力系统安全运行的一个难题。因此电瓷厂和用户都投入大量的人力和物力进行研究。研究结果表明,瓷柱断裂的特点如下:

(1)随着隔离开关运行年限的增加,瓷柱断裂问题日趋严重。表6-19列出了原东北电力科学研究院对18个电业局、16个发电厂的隔离开关瓷柱断裂的不完全统计结果。由表中数据可以明显看出,运行年限越长,瓷柱断裂数越多。

表6-19　瓷柱断裂数统计表

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某电厂还对东德和捷克进口的220kV隔离开关所用的300 多只瓷柱进行了统计,统计结果表明,隔离开关瓷柱运行10年后出现断裂现象,运行15年出现断裂高峰,运行到20年300多只瓷柱全部断裂。

(2)国内外生产的瓷柱均有断裂现象。

(3)瓷柱断裂的部位大多数在两端胶装处。

(4)瓷柱断裂造成的危害大。例如,某电业局的大型变电所连续两次发生隔离开关瓷柱断裂事故,导致线路断路器跳闸、造成线路停电。又如,某电业局的大型变电所侧的隔离开关在操作中断裂,造成变电所母线全部停电。

2.断裂的原因

(1)应力的作用。

1)水泥胶装剂膨胀产生的应力。法兰和瓷柱是用水泥胶装剂胶装的。由于水泥胶装剂夹在法兰和瓷柱中间,膨胀受约束,必然在胶装部位产生应力。现场用静态电阻应变仪YJ—16,采用图6-30所示的半桥法,对7节瓷柱实测表明,最大的内应力为142.2 MPa。

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图6-30　应力测试示意图

(a)应变位置;(b)测试接线图

2)温度差引起的应力。由于铸铁法兰、胶装剂、电瓷的膨胀系数不同,它们分别为12×10-6/℃、10×10-6/℃～14×10-6/℃和3.5×10-6/℃～4.0×10-6/℃,所以当温度降低时,它们的收缩量不同,铸铁的收缩量大,瓷柱的收缩量小,因而瓷柱的收缩约束了铸铁的收缩。由于铸铁收缩受约束产生了应力,若取铸铁法兰口为0.205m、瓷柱直径为0.18m,在60℃温差情况下,产生的应变力为83MPa。

由于北方的温差大,应变力就大,隔离开关瓷柱断裂事故较南方多。

3)操作引起的应力。这种应力是由操作产生的,它是暂态量。若隔离开关调整不当,会使操作应力增大,根据现场测量,该应力最大为20 MPa。

以上三种应力共同作用在瓷柱的根部,是瓷柱断裂的主要原因。

(2)质量不良。

1)胶装质量不良。现场对瓷柱解剖结果表明,胶装质量问题较多。例如,有的未加缓冲垫;有的定位木楔用后断在里面未拿掉,有的露在外边或只有一层薄薄的水泥;有的只胶装了法兰口一圈,里面没有胶装剂;有的胶装剂与法兰和瓷柱之间根本上没有什么连接,说是胶装,实是挤装;法兰内进水是普遍的,有的达到了积水的程度,有的被水浸润,这些加速了方镁石 (水泥成分之一)水合反应生成水镁石的速度,使胶装剂膨胀速度加快。所以雨水多的地区更容易发生断裂,断裂高峰来得也早。

最近,辽宁电力科学研究院通过检验分析又发现瓷瓶的胶装水泥不合格,某些化学成分偏高,胶装时应涂的沥青缓冲层没有涂或涂的厚度不够,使胶装剂产生的膨胀应力和瓷瓶的热应力无处释放,是导致瓷断裂的主要原因。试验分析表明,胶装剂遇水膨胀,当无缓冲层缓解水泥胶装剂膨胀所产生的应力时,应力无处释放引起瓷瓶在法兰口处断裂。国内外都发生过放在露天或仓库里的备用瓷瓶断裂的现象,这说明瓷瓶胶装剂吸收空气中的水分同样产生膨胀应力。

2)滚花和压槽引起的应力集中。滚花和压槽虽然提高了瓷柱的胶装强度,但也给瓷柱造成了伤害,这是因为在滚花和压槽过程中不可避免的会出现微裂纹,根据格里菲斯微裂纹理论,材料存在许多细小裂纹和缺陷时,在外力的作用下,这些裂纹和缺陷附近就会产生应力集中,当应力达到瓷柱的应力腐蚀极限时,裂纹开始扩展,而最终导致断裂,滚花对瓷柱的抗弯强度影响很大,比上砂的瓷柱抗弯强度低很多。所以滚花和压槽瓷柱断裂的比上砂的多。

3)瓷质致密度差。由于瓷柱在制坯、干燥、焙烧过程中,工艺不合理,使瓷柱产生了先天性的缺陷,内部存在大量的气孔和微观裂纹,机械强度极低,在应力腐蚀下极易断裂。

4)瓷柱中有夹层夹渣。瓷柱在挤制过程中,因挤刀过于光滑,使瓷柱产生夹层,这种夹层在外面不容易发现。瓷柱可能在有夹层的地方断裂。

夹渣引起断裂是因为夹渣周围必然有微裂纹,这种微裂纹在外力的作用下产生应力集中,使裂纹发展,最后断裂。

若在瓷柱两端滚花、压槽,瓷质致密度差、有夹渣夹层,则在上述三种应力作用下更容易发生断裂现象。

3.防止措施

综上所述,防止瓷柱断裂的措施如下:

(1)加强瓷柱强度。

1)加装补强柱。就是在隔离开关支柱旁再加一支补强柱,以防止发生一支断裂而造成的单相短路事故。

2)采用高强度瓷柱。目前厂家生产成型的高强瓷有相对普通瓷增加50%强度及100%强度两种,都可供改造普通瓷柱用。

根据技术经济比较,认为选择50%高强瓷是改造普通瓷柱的最佳方案,因为这种方案的工作量最小、费用最低。

(2)加强检测。

1)开展对瓷瓶超声波探伤。采用超声波无损探伤仪对瓷柱进行检测,测试不合格的瓷柱应立即更换。目前,辽宁省电力科学研究院已用数字瓷瓶超声波探伤仪检测出近百节故障瓷瓶。