安防之家讯：摘要 通过对一起220kV管母落地事故的计算分析，指出此次事故发生的内因是接地器支柱绝缘子存在缺陷。文章建议：将绝缘子安全系数由1.67提高到2.0；支柱绝缘子安装前后应作超声无损探测；潮湿地区绝缘子法兰口应涂胶密封。
关键词 支柱绝缘子 抗弯强度 事故分析
1 事故过程
1998年3月19日2时23分，大风雨，湖北省咸宁电力局220kV汪庄余变电站母差保护动作，引起汪09开关和汪03开关跳闸，造成220kV2号母线(事故前未带负荷)和1号母线(未带负荷)失压。
2时36分，对220kV母线进行检查。发现2号母线C相自东向西有3组支柱绝缘子倒下，约30m管母折弯掉下。由于当时风雨很大，经请示中调后未进行任何操作。
3时5分，再次检查时发现，3号母线C相全部掉下(该母线处于停电状态)，016刀闸、013刀闸和093刀闸的支柱绝缘子折断，其中013刀闸及093刀闸的支柱绝缘子掉下。
该站220kV管形母线呈东西向布置，两端为接地刀闸。接地刀闸支柱绝缘子为抚顺电瓷厂产品，型号为22712＋22622，是抗弯强度为2000N的高强瓷(弯曲破坏负荷6000N)，管母的其他支柱绝缘子为抚瓷22709 22816，弯曲破坏负荷为8000N。
事故后检查发现，2号管母东头的C相接地刀闸支柱下节下法兰处瓷断，3号管母东头C相接地器支柱下节上法兰处瓷断，其他管母支柱均是上节上法兰处瓷断。
事故时距该站3km的蒲圻市气象局测得的最大风速为16.3m/s，风向为北风。
此次事故造成的设备损失十分可观。
2 事故原因分析
根据现场设备损坏情况及事故时气象情况，可确定事故是由于东头接地刀闸支柱绝缘子在大风中断裂而引起的。
2.1 支柱绝缘子受力分析
根据有关设计手册及规程［1］，支柱绝缘子抗弯强度计算时最大风速Ｖmax取值为25m/s,安全系数为1/0.6。
由此可得铝管母线单位长度受到的风压
支柱绝缘子自身承受的风压折算到其顶部的水平力
式中a为风速不均匀系数，取值1.0；K为空气动力系数，取1.2；D为管形母线直径，0.27m；H为支柱绝缘子高度，3m。
事故管母长度为13m，因此支柱绝缘子顶部受到的水平力
设计要求绝缘子的抗弯破坏力
据此可确定，选择强度为2000N的高强瓷作接地器支柱绝缘子是能满足设计要求的。
(1)关于管母托架受风压的影响问题
由于考虑到防微风振动问题，目前使用的管母托架尺寸较早期增大很多。因此，在支柱绝缘子的抗弯强度计算中，不应忽略托架所受的风压。实测汪庄余变电站管母托架面积F为0.33875m2，在设计的最大风速下，托架受到的风压力为
显然，此力较支柱绝缘子本身所受风压大很多，因而是不能忽略的。设计计算中未考虑托架所受的风压，与实际情况相差较大，应予修正。
(2)关于安全系数的取值问题
设计计算中，安全系数取值为1/0.61.67，该站所选支柱绝缘子的安全系数不计托架影响时为2000/800.22.5；计及托架影响时为2000/(800.2＋158.8)2.1。
由于国内有的设计院已将安全系数由1.67提高到2.00［2］，又考虑到支柱绝缘子材料脆性较大，因此建议将安全系数由1.67提高到2.00。
(3)关于微地形和微气象条件下的风压问题
汪庄余变电站处于地势较高的风口位置，站区风力明显大于附近其他地方。根据GBJ9-87《建筑结构荷载规范》，谷口、山口等风速比一般平坦地面要增大10～20，相应地风压较一般地面也应增大20～50。因此，汪庄余站设计中的风速和风压应在气象部门提供的数据基础上再适当增加。
(4)关于支柱绝缘子在计算中的风速取值问题
式(2)中风速vn取值15m/s。这是由设计手册提供的在最大风速下确定内过电压的平均风速。笔者认为，此风速取设计最大风速较为合理。
(5)支柱绝缘子抗弯强度计算
计算条件：风速取25m/s，安全系数取2.00，风压提高20，计及托架所受风压。
管母受到的风压
F1＝13FN＝731.9(N)(6)
支柱绝缘子自身所受风压折算到其顶部的水平力为
支柱绝缘子受到的水平力合计为
计及风压和安全系数提高后的支柱绝缘子耐受的抗弯强度为
F＝2.0×1.2×F合2420(N)(9)
2.2 支柱绝缘子的质量问题
在排除基础下沉的影响后，支柱绝缘子内部隐患造成的原因主要有二，一是产品质量问题，二是安装运行不当所致。
2.2.1 接地刀闸支柱瓷质验证及内部缺陷探伤
事故后，首先对绝缘子的质量进行了验证，将损坏的支柱绝缘子送具有国家级质检资格的武汉工业大学检测中心进行瓷成份分析。分析结果表明，该瓷AI2O3含量符合JB/T5896-91中“铝质瓷”要求。
对未损坏的其余15组接地刀闸支柱和部分母线支柱进行了超声探伤。发现有8组接地刀闸支柱存在内部缺陷，管母支柱未发现异常。进而将有缺陷和无缺陷的接地刀闸支柱各一组，送国家绝缘子避雷器质检中心进行弯曲破坏试验。结果表明，有缺陷者在施力到3kN时下节下法兰处开始折断(按要求，破坏力应≥6kN)，而无缺陷者下节下法兰处的弯曲破坏力为7.45kN。上节的弯曲破坏力均在10kN以上。此结果支持了事故起因于接地刀闸支柱绝缘子损坏的判断。同时亦说明超声波探伤是检测支柱绝缘子内部缺陷的有效手段。
2.2.2 制造质量问题讨论
从送国家绝缘子避雷器质检中心检测的支柱绝缘子破坏后的断面看，有缺陷的绝缘子断面有二、三层层状开裂，类似于文献［3］介绍的情况，因此不能排除产品质量问题。
造成支柱绝缘子损坏的另一原因是法兰口密封不严，水分渗入法兰内，因此膨胀系数不同的瓷体、胶合剂、法兰等材质随环境温度的变化而使瓷体受到应力作用，最终导致损坏。但此种情况一般发生在运行时间较长的变电站。汪变投运只一年，可排除此类问题。
2.3 安装及运行中绝缘子产生的缺陷
安装不当造成绝缘子缺陷的主要原因有：一是起吊中的外力作用；二是管母安装不合规范，致使绝缘子承受较大弯矩及扭矩；三是支柱绝缘子重心偏离中心线较大，因而承受较大的弯曲应力。运行中的支柱绝缘子在风的作用下会摇动，特别是处在管母端头的接地刀闸支柱绝缘子及在其外侧的管母，在风的作用下其振幅更大，因而在其内部受应力作用而产生微裂纹的概率亦较大，尤其在大风作用下，微裂纹发展很快，最终导致断裂。
汪庄余变电站支柱绝缘子的超声波探伤和该站所处地形表明，事故很可能由此而引起。
3 结论及建议
(1)汪庄余变电站220kV管母落地事故的内因是接地器支柱绝缘子存在缺陷，外因是事故发生时风较大。
此次事故造成的损失是相当可观的，因此建议：在支柱绝缘子安装前应进行超声波探伤，安装后也应进行探伤，以防制造质量缺陷和安装不当而造成的隐患；当绝缘子运行一定时期后，应进行探伤抽查，以便及时消除隐患。
(2)在有关设计规程中，应将安全系数由1.67提高到2.00，以保证有足够裕度，并明确应计及托架所受风压的影响，适当提高处于风口的变电站设备的所受风压。
(3)潮湿地区的支柱绝缘子法兰口应涂胶密封，新购绝缘子应优先选购已密封好的产品。
作者单位：蔡成良（湖北省电力试验研究所，武汉，430077） 涂明 罗功银（湖北省电力局生产处，武汉，430077）
参考文献
1 西北电力设计院.电力工程电气设计手册.第一册.第一版，北京：水利电力出版社，1989
2 李祥锐.220kV配电装置采用管母设计的改进.东北电力技术，1994(1)
3 于增永.110kV棒形支柱绝缘子切割后出现层裂的解决办法.电瓷避雷器，1990(1)
4 田新民etal.隔离开关瓷柱断裂原因分析.东北电力技术，1993(3)
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