1、2019年10月复合绝缘子技术及故障案例分析复合绝缘子技术及故障案例分析国网河南省电力公司电力科学研究院国网输电线路舞动防治技术重点实验室一、复合绝缘子挂网运行情况一、复合绝缘子挂网运行情况二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析一、复合绝缘子挂网运行情况一、复合绝缘子挂网运行情况（1）110kV和220kV线路已全面使用；（2）500kV线路悬垂串已大面积使用；（3）特高压交直流线路悬垂串也广泛使用，耐张串正在试点应用复合绝缘子。复合绝缘子整体挂网情况：各电压等级线路使

2、用情况（河南电网，截止到2018年底）电压等级（kV）线路长度（km）绝缘子总串数复合绝缘子串数复合绝缘子使用率1000342.85341430080.51%800722.2.52%5007927.673.75%330140.22736142251.97%22018858.7499.21%99.21%11021827.223660323276198.38%98.38%截止到2018年底，河南电网110kV及以上电压等级输电线路挂网运行复合截止到2018年底，河南电网110kV及以上电压等级输电线路挂网运行复合绝缘子绝缘子4934

3、69493469串，占比串，占比92.46%92.46%。一、复合绝缘子挂网运行情况一、复合绝缘子挂网运行情况省/市瓷绝缘子（串）玻璃绝缘子（串）复合绝缘子（支）复合绝缘子占比（%）河南25851831558855.86 湖南09842.62 甘肃02258935680.56 浙江3859.59 湖北3266780928869.66 河北358.04 江西326284152071.36 江苏76476227473.03 宁夏776772241660.95 山东.09 上海26062376370242.63

4、天津56180710255.83 新疆4266151284.85 重庆44426402847.52 合计合计438257.02 国网系统范围内特高压交直流线路绝缘子使用总体情况特高压交直流线路上，使用的绝缘子有瓷、玻璃和复合绝缘子。总体来看，特高压交直流线路上，使用的绝缘子有瓷、玻璃和复合绝缘子。总体来看，复合绝缘子占特高压线路总串数的复合绝缘子占特高压线路总串数的57.02%。截至截至2016年底，公司系统年底，公司系统110kV（66）及以上线路复合绝缘子）及以上线路复合绝缘子6165838串。串。一、复合绝缘子挂网运行情况一、复合绝缘子挂网运行情况二、复合绝缘子发展

5、历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势20世纪5060年代，环氧树脂浇注结构，出现以橡胶或氟塑料等聚合材料为伞裙护套的复合结构绝缘子，美国使用最早。20世纪70年代，高温硫化硅橡胶复合绝缘子在德国问世，步入高速发展期。1985年，直接由高温硫化硅橡胶绝缘子起步，国产复合绝缘子首次挂网运行。截止2016年底，国网公司110kV（66）及以上线路复合绝缘子6165838串，涵盖1000kV交流及800、1100kV直流特高压国内外情况1

6、981年1988年，是我国复合绝缘子的研制期，1988年1990年期间样品开始在各级电网挂网试运行。90年代初至90年代中期，是复合绝缘子工业试运行阶段。1990年初华北电网大面积污闪事故，促进了复合绝缘子应用。从1995年至今复合绝缘子进入全面实用化阶段。在运行线路和变电站母线吊串的调爬中得到广泛的应用。第一阶段小批量挂网试运行阶段第二阶段批量工业性试运行阶段第三阶段大规模使用阶段我国情况二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势端部压接端部压接芯棒芯棒伞裙工艺伞裙工艺端部密封端部密封2000年前的产品多为非压接式生产工艺2000年至2002年为过渡期，生产的产品既有压接式又有

7、非压接式2002年后生产的产品为压接式复合绝缘子2000年前生产的复合绝缘子，采用的都是E型玻璃纤维普通环氧树脂芯棒，耐酸性能差2000年以后，随着三峡输电工程的全面启动，大大加速了ECR耐酸玻璃纤维芯棒的研制和开发，耐酸芯棒逐步成为主流单伞伞套套装式工艺（淘汰）护套挤压结合伞裙粘接分装式工艺伞裙套注射成型工艺早期：采用高弹性室温硫化硅橡胶粘接剂人工操作密封，粘结强度和密封稳定性较差目前：高温整体注射成型密封工艺，胶料的流动可将端部密封处的空气充分挤出，在金具内外表面形成两道密封层，粘结效果大大提高二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势（1）运行事故逐渐减少 复合绝缘子的运行

8、事故主要分为掉串事故和闪络事故。前者属于产品质量问题，后者与运行经验不足导致的使用不当有关。近两年随着复合绝缘子伞裙形状、端部密封技术、伞形成型工艺、机械强度的可靠性及质量控制的不断提高，复合绝缘子的运行事故日趋减少，制造技术已经达到国际领先水平。主要技术趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势（2）使用范围日益广泛 复合绝缘子目前不仅在国内大量使用，而且国内复合绝缘子厂家还大量出口。目前复合绝缘子已经广泛应用在交、直流线路上，其中直流线路上使用的复合绝缘子数量占直流用绝缘子的大半。复合绝缘子在输电线路上不仅用于悬垂串，在超特高压线路耐张串中也正在试点应用。而且其应用范围还

9、包括跳线串、相间间隔棒、防风偏绝缘拉索等。主要技术趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势（3）种类不断丰富 随着我国复合绝缘子技术的不断提高，电力系统已采用的复合绝缘子种类越来越多，已经从线路悬式绝缘子逐步发展到变电站支柱绝缘子、各类套管（套筒），并出现了瓷（玻璃）复合绝缘子和硬质复合绝缘子。主要技术趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势一、复合绝缘子挂网运行情况一、复合绝缘子挂网运行情况二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析

10、三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价序号试验内容试验目的1外观检查外观检查观察发热绝缘子表面是否存在雷击、穿孔、伞片开裂、护套裂纹等问题。2盐密、灰密盐密、灰密测量发热绝缘子高、中、低压端污秽度。3憎水性憎水性判断发热绝缘子高、中、低压端憎水性。4运行电压下红外、运行电压下红外、紫外检测紫外检测1、确定故障绝缘子发热位置、电晕放电情况，比较不同观测角度下的发热变化；2、观察受潮后绝缘子发热、表面电晕放电情况；3、反向加电压研究电场强度对发热、电晕放电的影响5额定机械拉力额定机械拉力检测发热绝缘子机械强度对某线路复合绝缘子的发热问题进行检测主要有如下试验内容：三、复合绝缘子性

11、能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价（一）外观检查观察发热绝缘子表面是否存在雷击、穿孔、伞片开裂、护套裂纹等问题。高压侧发现16伞间护套表面有纵向裂纹发现样品高压侧硅橡胶硬度明显大于中部和低压侧硅橡胶样品，高压侧硅橡胶变硬变黑，表面粉化现象明显低压侧和中部硅橡胶颜色与新绝缘子接近，粉化程度较小高压侧的积污程度比中部和低压侧重。三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价（二）盐密测试从上、中、下三个部位选择上、下表面，测量其上、下表面的等值盐密和电导率。绝缘子表面积聚的污秽物可分为可溶解污物（盐）和不可溶解污物（灰）绝缘子表面的盐在潮湿天气下产生的电解质溶液附着在绝缘子表面，而

12、电解质溶液是可以导电的，这将导致泄漏电流增大，泄漏电流过大则可能发生污闪序号测量位置等值盐密(mg/cm2)电导率(us/cm)上部上表面0.02024下表面0.01845中部上表面0.01114下表面0.01845下部上表面0.02025下表面0.02970下表面0.071186某样品等值盐密和电导率的测量结果三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价（三）憎水性测试喷水分级（HC）法，喷嘴距试品25cm，每秒喷水1次，共5次，喷水后表面应有水分流下，喷射方向尽可能垂直试品表面，HC值的读取应在喷水结束后30s以内完成。将憎水性分成HC1HC7共7个等级：憎水性表面属于HC1H

13、C3；HC4是一个中间过渡级，此时，水珠和水带同时存在；亲水性表面属于HC5HC7。操作简单，易于现场测试三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价（四）红外、紫外检测干燥状态加压试验表面湿润后加压试验反向加高压试验不同角度观测温升干燥下绝缘子发热红外检测干燥下电压下紫外检测表面受潮后的紫外记录反向加高压红外图三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价（五）机械负荷耐受试验额定载荷180kN，绝缘子在加载荷到140kN时917伞间多处护套破裂绝缘子拉力试验结果 将机械负荷平稳地升到50%SML，耐受1min；在30s-90s时间内将机械负荷升到额定机械负荷SML，耐

14、受1min 期间，试品不应发生芯棒破坏、抽芯、端部附件破坏、伞裙套裂纹、密封件开裂等现象 最后增加负荷直至试品被拉断试验方法：试验方法：00.050.10.150.20.250040005000高压端硅橡胶中部硅橡胶低压端硅橡胶伞裙性能分析傅里叶红外光谱分析耐漏电烧蚀硬度分析三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价（六）其他评价方法解剖、材料性能检测解剖扫描电镜检测高压端界面芯棒酥朽，高压端界面芯棒酥朽，硅橡胶老化硅橡胶老化芯棒环氧基体和玻璃纤维受芯棒环氧基体和玻璃纤维受到侵蚀，护套存在孔洞到侵蚀，护套存在孔洞三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能

15、检测及评价（六）其他评价方法一、复合绝缘子挂网运行情况一、复合绝缘子挂网运行情况二、复合绝缘子发展历程及趋势二、复合绝缘子发展历程及趋势三、复合绝缘子性能检测及评价三、复合绝缘子性能检测及评价四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析随着复合绝缘子挂网数量的增多，运行年限的增加，发生的故障也越来越多。脆断脆断鸟啄鸟啄酥断酥断老化老化断串断串污闪污闪四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析复合绝缘子故障分为机械故障机械故障、电气故障电气故障，以及鸟害鸟害、老化老化造成的故障脆断酥断大屈曲断裂鸟啄鸟粪闪络伞裙粉化污秽闪络风偏

16、闪络发热内击穿机械故障电气故障内绝缘外绝缘冰闪雪闪鸟害老化雨闪断串芯棒玻璃纤维受到酸液侵蚀，在很低的载荷下芯棒纤维逐渐断裂，最终整支芯棒断裂。芯棒脆断的典型特征是断裂表面光滑，其断面总是垂直指向芯棒轴线，只有很少的玻璃纤维拉出。（一）复合绝缘子芯棒脆断 断裂发生在高压侧（球头侧）第一片大伞裙与小伞裙之间，芯棒断面除边缘处有少量“拉丝”现象外，大部分断面整齐，具有明显的的脆断特征故障案例故障案例 2015年1月500kV樊白线复合绝缘子芯棒脆断2015年1月500kV樊白线复合绝缘子芯棒脆断四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析故障案例故障案例 2015年1月500kV樊白线复合绝

17、缘子芯棒脆断2015年1月500kV樊白线复合绝缘子芯棒脆断耐应力腐蚀试验试验温度：21；试验施加拉力：121kN；试验溶液：1mol/L的硝酸溶液试验开始时间：2015年1月28日上午10：3012：3014：3016：3008：30断裂在试验2022小时之间发生脆断，该支绝缘子所使用的芯棒未通过耐酸试验。四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析复合绝缘子芯棒脆断现象的特点：复合绝缘子芯棒脆断现象的特点：脆断往往发生在复合绝缘子场强集中的高压端放电可能是导致脆断的主要原因改变均压环的设计使得复合绝缘子端部场强尽可能均匀，降低脆断发生的可能性 脆断的复合绝缘子一般都存在护套或者端部

18、密封破损的情况由于端部密封不严造成水分侵入进而导致了脆断端部加强密封设计，能够很好的降低脆断发生的几率 目前所有脆断均发生在E纤维制成的普通芯棒上耐酸芯棒具有耐酸性能，可以降低脆断发生的可能性应选用耐应力腐蚀性能较好的耐酸芯棒四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析酥朽断裂是在受潮、放电、电流、酸性介质、机械应力共同作用下复合绝缘子的异常断裂现象。复合绝缘子酥断的典型特征是芯棒中环氧树脂基体的降解、劣化，这也是区别酥朽断裂与脆性断裂、通常断裂最直接的判据。（二）复合绝缘子酥断 芯棒宏观断面不光滑，芯棒质地变酥，形如枯朽的木头，芯棒粉化、玻璃纤维与环氧树脂基体相互分离。故障案例故障案

19、例 2013年10月500千伏洹获线复合绝缘子酥断2013年10月500千伏洹获线复合绝缘子酥断四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析解剖试验剖开断裂绝缘子第12单元和第48单元大伞位置的护套，芯棒情况如下图所示高压端的芯棒上有黑色蚀孔，碳化现象由蚀孔沿芯棒纵向发展，部分出现了粉化现象高压端的芯棒上有黑色蚀孔，碳化现象由蚀孔沿芯棒纵向发展，部分出现了粉化现象；低压端的伞裙比较容易剥离，芯棒表面有少许硅橡胶残留，芯棒没有电蚀和粉化的痕迹；低压端的伞裙比较容易剥离，芯棒表面有少许硅橡胶残留，芯棒没有电蚀和粉化的痕迹；高压端的劣化程度明显高于低压端。高压端的劣化程度明显高于低压端。故障

20、案例故障案例 2013年10月500千伏洹获线复合绝缘子酥断2013年10月500千伏洹获线复合绝缘子酥断高压端（断裂端）高压端（断裂端）低压端（断裂对端）低压端（断裂对端）四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析复合绝缘子酥断现象的特点：复合绝缘子酥断现象的特点：酥朽老化是芯棒内部蚀损的一个渐进性过程，其直接表现特征为局部发热。红外测温是早期发现此类故障的有效办法；酥朽老化的形成过程与复合绝缘子制造过程中造成的内部缺陷引起的局部放电有关；酥朽断裂主要的特征是芯棒中环氧树脂基体的降解和劣化，局部放电破坏环氧树脂基体，酸性介质和机械应力导致玻璃纤维应力腐蚀断裂。四、复合绝缘子故障案例

21、分析四、复合绝缘子故障案例分析大屈曲断裂是在极端天气（如大风、覆冰舞动）下，复合绝缘子承受较大屈曲疲承受较大屈曲疲劳负荷劳负荷，超过允许应力值，绝缘子串发生断裂的现象。（三）复合绝缘子大屈曲断裂四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析某线0322号A、C相复合绝缘子串断裂情况及放电通道示意图绝缘子断口情况 断裂位置位于低压端端部金具与护套交界面；断口参差不齐、疏松，类似木材反复弯折的效果，为单纯的屈曲疲劳破坏；从现场抽样取回3支复合绝缘子进行验证性试验验证性试验，项目包括伞裙护套、端部金具外观检查外观检查，根部解剖后芯棒检查芯棒检查，机械拉伸负荷试验机械拉伸负荷试验。故障原因分析：

22、四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析试品编号外观检查芯棒检查机械拉伸破坏负荷试品编号外观检查芯棒检查机械拉伸破坏负荷1端部金具及附近伞裙无明显损伤高压侧芯棒未见损伤560kN，环断裂2端部金具及附近伞裙无明显损伤高压侧芯棒未见损伤579kN，抽芯3端部金具及附近伞裙无明显损伤高压侧芯棒未见损伤572kN，抽芯试验结果表明，被抽检的3支复合绝缘子试验结果合格。试验结果表明，被抽检的3支复合绝缘子试验结果合格。原因分析：复合绝缘子具有抗拉不抗弯的特点，造成其能承受的拉伸负荷与弯曲负荷远不成比例 绝缘子在屈曲疲劳作用下最终导致绝缘子芯棒发生断裂四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子

23、故障案例分析故障类型脆性断裂酥朽断裂大屈曲断裂故障线路类型220kV线路较多，500kV线路相对较少500kV及以上电压等级较多，220kV线路比较少V串绝缘子断口位置高压端前几大伞高压端，集中出现在第2-10个大伞裙之间绝缘子中部和近低压端三分之一处断口形貌平整断裂面扫帚状断口，芯棒明显变色、粉化、质地变酥断口参差不齐、疏松，类似木材反复弯折的效果故障原因水分浸入，放电产生酸液，造成非耐酸新邦应力腐蚀界面缺陷引起电场畸变，导致局部放电与芯棒表面微电流，导致环氧树脂裂解，降低芯棒机械强度背风侧复合绝缘子在极端大风条件下，最大应力超过了允许应力值，从而会导致断裂鸟类啄食复合绝缘子伞裙，造成伞裙贯

24、穿性通孔或者局部撕裂，减小了复合绝缘子的爬电距离；鸟类啄食复合绝缘子护套，造成护套严重磨损，芯棒裸露，进而导致端部密封破坏。（四）复合绝缘子鸟啄故障案例故障案例 500kV辛洹线、辛洹线、500kV洹获线等复合绝缘子鸟啄洹获线等复合绝缘子鸟啄 四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析鸟啄复合绝缘子原因分析：鸟类增多环境保护意识的提高与国家退耕还林政策的施行，许多鸟类的生活环境得以改善，鸟类的数量增大、种类增加。线路是否带电鸟啄复合绝缘子现象基本发生在输电线路建成投运之前或停电检修时；输电线路带电运行后，周围的电磁场的变化会对鸟类造

25、成一定的影响。绝缘子的悬挂方式鸟类更容易站立于V型串和L型串上，鸟类更容易啄食这样悬挂方式的绝缘子。绝缘子的颜色绝缘子的颜色会影响鸟类的啄食，红、灰两色的绝缘子经常遭到鸟类的啄食，其中红色绝缘子啄食现象更为严重。绝缘子的气味如果鸟类喜欢复合绝缘子配方中添加剂的芳香气味或物质，则鸟类更有可能啄食这样的复合绝缘子。鸟啄破坏的部位复合绝缘子被鸟啄的部位多数集中在绝缘子上端均压装置附近的伞裙和护套之间，其他部位被鸟啄损坏现象并不多见。四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析防鸟啄措施：防鸟啄措施：新建线路路径选择宜避开鸟害重灾区如河道、沼泽地、林区、水库、养鱼池及油料作物种植地等新建或改造

26、线路在采取防雷、防冰闪等措施时，要兼顾防鸟，避免为鸟类提供栖息位置 防鸟啄的技术措施一般有防、驱两种，主要有听觉、视觉、捕杀、化学等方式如爆竹弹发射器、驱鸟车、定向声波、超声波语音、电子爆音声波等听觉方式小型激光枪、稻草人、彩色风轮、恐怖眼、防鸟风车等视觉方式 新型防鸟啄硬质复合绝缘子硬质复合绝缘子是伞裙和护套为硬质材料的绝缘子，可抵御一定强度的鸟类啄食脂环族环氧树脂复合绝缘子四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析老化是复合绝缘子长期暴露在各种复杂的大气环境中发生的老化降解长期暴露在各种复杂的大气环境中发生的老化降解，导致憎水性降低、漏电起痕电蚀严重、色彩发生变化、伞裙脆化等现象

27、。（五）复合绝缘子老化某特高压交流1000kV线路复合绝缘子发生老化四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析复合绝缘子老化影响因素分析复合绝缘子老化复合绝缘子老化影响因素影响因素紫外线的影响紫外线的影响高电导率雾的影响高电导率雾的影响强电场的影响强电场的影响高湿浸润的影响高湿浸润的影响硅橡胶的大分子链断裂硅橡胶的大分子链断裂硬度均变大，憎水性均部分丧失硬度均变大，憎水性均部分丧失水珠间放电产生的热和臭氧导致硅橡胶表面分子发生水珠间放电产生的热和臭氧导致硅橡胶表面分子发生裂解、氧化、交联、水解和缩合等反应；裂解、氧化、交联、水解和缩合等反应；产生亲水性硅醇、破坏甲基的对称结构、含氧量增加产生亲水性硅醇、破坏甲基的对称结构、含氧量增加，导致了憎水性降低，导致了憎水性降低针对复合绝缘子电场分布特点，针对复合绝缘子电场分布特点，比较了不同位置伞裙电场特征比较了不同位置伞裙电场特征高场强区的电老化深度明显大于高场强区的电老化深度明显大于低场强区低场强区随着相对湿度增加，试样表面的孔洞和裂纹增加，静随着相对湿度增加，试样表面的孔洞和裂纹增加，静态接触角降低，憎水性下降态接触角降低，憎水性下降四、复合绝缘子故障案例分析四、复合绝缘子故障案例分析谢谢！