0 引言

高压支柱瓷绝缘子用于变电站电气设备带电部件的绝缘和支撑。电气设备的大量投运，也伴随发生了大量支柱绝缘子的断裂事件，严重时导致母线坠落，影响电网的安全稳定运行^[1]。因此，需对支柱绝缘子断裂原因进行分析，总结断裂缺陷特点，从而合理运用现有检测技术预防断裂事件的发生。

在现场交接和运行维护方面，国家电网公司颁布了高压支柱瓷绝缘子现场检测导则，对高压支柱瓷绝缘子现场交接、预防性试验进行规范^[2]。在对断裂事故的研究分析方面，部分专家学者也做了很多卓有成效的工作。文献[3-4]通过瓷件的建模仿真，从力学的角度研究断裂原因，为预防措施提供理论依据。文献[5-9]通过断裂事故剖析断裂原因，并提出了很多预防建议供同行参考。在检测预防手段方面，超声波检测法、振动声学检测法和红外热波检测法等检测技术已经在电网大量应用并取得不错的效果，但受限于检测条件、检测效率和检修停电计划的制约，其应用和推广仍存在一定局限性。

为保障电网安全稳定运行，预防绝缘子断裂事故的发生，本文结合高压支柱瓷绝缘子断裂事故实例分析原因，总结缺陷类型特点。对比分析现有检测技术的优缺点，针对断裂事故缺陷类型，提出检测技术合理配合形成互补的高压支柱瓷绝缘子定期检测建议，保证检测有效性的同时兼顾检测效率，解决了现有单一检测技术的局限性。

1 高压支柱瓷绝缘子断裂原因分析 1.1 产品制造工艺有缺陷 1.1.1 瓷件烧制工艺缺陷

山东某电厂220 kV母线线路间隔隔离开关断开时，开关侧L2相支柱绝缘子下节下法兰瓷件端部断裂，造成上节掉落，相邻电流互感器（TA）接线板被引线拉扯断开，未造成停电和人员伤害。事故中断裂的支柱绝缘子断裂面有黄芯^[5]。

瓷件烧制过程中炉内温度一般控制在1250~ 1300 ℃，如果温度控制不当就会产生生烧或过烧的缺陷瓷件。瓷件烧制过程中使用还原焰催化反应，使原料中的Fe₂O₃还原为FeO。当还原气氛不足或时间不够时，部分Fe₂O₃未全部还原为FeO，瓷件内部就会表现为黄芯，由于黄芯与正常瓷件的膨胀系数差别很大，遇到温度急剧变化或剧烈震动情况极易断裂^[5]。

1.1.2 瓷件与法兰盘胶装工艺缺陷

瓷件烧制成品通常在涂刷沥青缓冲层后经由水泥胶合剂胶装在法兰盘的中心轴上，由于瓷件、水泥胶合剂和法兰盘的膨胀系数不同，需要沥青缓冲层缓解热胀冷缩产生的应力。若沥青缓冲层过薄或没有，常年热胀冷缩的作用下会积累应力无法释放，存在将瓷件箍断的风险。而胶装时如果瓷件与法兰盘的中心轴对心较差出现偏心的情况，也会使支柱绝缘子的机械性能下降^[6]。

1.1.3 废旧瓷件再利用

2017-06-16，某500 kV变电站220 kV母线倒停过程中，发现220 kV母线支柱绝缘子上节上法兰端部晃动断裂，未造成停电和人员伤害。图 1a为瓷件断口平面图，可见断口形状不规则，法兰盘与瓷件胶装部分较厚且没有沥青缓冲层。

经调查，发现部分厂商为节约生产成本，回收其他厂家不合格或报废瓷件，将破损部位切除，再打掉底部伞裙与法兰盘强行胶装。图 1b为废旧瓷件再利用支柱绝缘子法兰盘切开的剖面图，可见水泥胶合剂包裹的瓷件被切割得凹凸不平，且表面仍可见未处理干净的瓷件釉面。这样的产品显然缺乏喷涂石英砂和沥青缓冲层的工序，温度变化时不同材质膨胀系数不同导致内应力释放不完全，存在瓷件端部断裂的风险。同时对成品瓷件的切割敲击等行为也可能造成瓷件内部出现裂纹等损伤，产品质量无法得到保障。

1.2 安装或调试不当

支柱绝缘子在安装、调试时存在不匹配强行安配的情况。例如在安装管母支柱绝缘子时，金具与母线存在错位别劲的情况，这样就使支柱绝缘子长时间处于机械应力的作用下，当遇到大风、地震等外力的作用，或寒冷天气热胀冷缩的影响时，支柱绝缘子存在断裂的风险^[7-8]。

1.3 运行维护不到位

运行检修人员在清理脏污或进行预防性试验时，作业人员常将安全带挂在支柱绝缘子侧面。随着作业人员的动作支柱绝缘子受到弯曲力的大小和方向都在不断地发生变化，易造成支柱绝缘子机械性能的损伤^[9]。

1.4 结论

综上所述，高压支柱瓷绝缘子断裂原因主要为产品制造工艺缺陷、安装或调试不当、运行维护不到位。其中，针对安装或调试不当、运行维护不到位的问题，国家电网公司已经制定出相应规范，加强现场交接和运行维护规范管理。而产品制造工艺缺陷的主要原因在于不同材质膨胀系数导致的内应力无法释放，常年积累致使瓷件产生微小裂纹，逐渐发展最终导致瓷件断裂。

2 高压支柱瓷绝缘子缺陷检测技术

目前通过检测瓷件裂纹方式预防断裂事故的发生。常用的高压支柱瓷绝缘子检测技术有红外热波检测法、超声波检测法和振动声学检测法，其检测原理和优缺点对比见表 1所示。

由表 1可知，红外热波检测法具有检测效率高、可带电作业的优势。但瓷件端部与法兰盘胶装部位是其检测盲区，该位置正是高压支柱瓷绝缘子运行状态时应力集中部位，据统计，约95%的断裂故障都发生在该位置^[9]。因此红外热波检测法主要作为探索研究和辅助验证检测手段使用。超声波检测法是现有检测技术中技术最成熟的，具有检测精度高、可定位并判断裂纹类型的优势；缺点是必须停电作业、检测效率较低、检测工作繁重，且对于一些重要且无法停电的间隔，无法检测高压支柱瓷绝缘子，使电网的安全运行存在隐患。振动声学检测法相比传统的超声波检测法是一个新兴技术，具有检测效率高、可带电作业的优势。文献[16]中指出该技术已在电网内经过现场试点，并成功检测出存在缺陷的高压支柱瓷绝缘子，验证了其检测技术的有效性。但是该检测技术不能进行定位并判断裂纹类型，且检测精度受环境因素影响，在大风或振动环境下无法保证检测精度^[13]。

3 高压支柱瓷绝缘子定期检测建议

综上所述，不同的高压支柱瓷绝缘子裂纹检测技术各有优缺点，但检测能力都有其局限性。在日常定期检测工作中，要从实际出发，针对不同的现场环境及裂纹类型选用不同的检测方法，形成互补，综合考虑检测效率和检测效果，力求在保证故障有效检出的同时提高工作效率。对此提出高压支柱瓷绝缘子定期检测建议。

（1）为解决高压支柱瓷绝缘子检测工作量大、运行设备不能随意停电检修的问题，建议定期检测采用检测效率高、可以带电检测的振动声学检测法。

（2）对于使用振动声学检测法已检测出存在缺陷的高压支柱瓷绝缘子，建议尽快停电并使用超声波检测法进行复测，以确保检测有效性并定位裂纹的具体位置。

（3）经过复测确定存在缺陷的高压支柱瓷绝缘子要及时更换，对更换下来的缺陷绝缘子建议依据GB/T 8287.1—2008《标称电压高于1000 V系统用户内和户外支柱绝缘子第1部分：瓷或玻璃绝缘子的试验》进行弯曲试验，以检验其机械性能的受损情况^[18]。

（4）结合弯曲试验结果对不合格高压支柱瓷绝缘子厂家的同批次产品进行重点排查，判断是单一偶然事件还是产品制造工艺缺陷，如属于制造工艺缺陷需更换该批次所有产品^[17]。

4 结束语

本文提出的高压支柱瓷绝缘子定期检测建议通过新兴检测技术与传统检测技术合理配合的方式形成互补，避免单一检测技术的局限性，缓解了当前繁重的检测工作，解决了传统检测技术下受限于停电检修计划的问题，使部分无法停电的高压支柱瓷绝缘子也处于检测技术的保障之下，对电网的安全稳定运行具有积极作用。