Page 90 - 理化检验-物理分册2023年第八期
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黄 蓉, 等: 110kV 变电站高压支柱瓷绝缘子断裂原因


            明显弱化作用。同时, 气孔的形状也会影响到材料                                瓷质坯体中铁氧化物 Fe 2O 3         的热膨胀系数低
            中莫来石相的生长, 并形成尺寸较大的莫来石相, 从                          于 FeO 的热膨胀系数, 如果运行过程中环境温度骤
            而降低电瓷材料的强度。                                        变, 二者热膨胀系数的不同会导致材料产生内应
                 支柱瓷绝缘子材料主要有铝质瓷和硅质瓷两                           力 [ 7-9 ] 。
            种。铝质瓷晶体主要由刚玉相、 莫来石相等组成, 硅
            质瓷晶体主要由莫来石相、 石英颗粒相等组成。由                           3 结论及建议
            能谱分 析 结 果 可 知, 该 绝 缘 子 氧 化 硅 含 量 约 为                   支柱绝缘子心部出现黄色区域, 绝缘子法兰胶
            70% , 属于硅质瓷。硅质瓷绝缘子的结构比较疏松,                         装部位气孔缺陷、 温度骤变造成其产生内应力集中
            气孔相含量较高, 石英相颗粒与基体的界面结合不                            和损伤累积, 使支柱绝缘子的力学性能下降, 进而导
            紧密, 常出现脱黏现象。石英颗粒具有脆性大、 与基                          致其发生断裂。针对故障原因, 提出以下3条改进
            体的热膨胀系数不匹配等特征               [ 5 ] , 在其周围容易伴        建议。
            生显微裂纹, 并发生裂纹聚集扩展, 从而使材料的强                              ( 1 )严格控制绝缘子生产制造环节的工艺, 把

            度下降。该故障绝缘子的显微组织形貌表明, 其存                            控产品质量, 加强产品出厂前的型式试验和验收。

            在较多的气孔缺陷, 石英颗粒较粗大, 存在与基体脱                              ( 2 )推荐选用高强度铝质瓷作为支柱绝缘子的
            黏、 微裂纹等缺陷, 这些缺陷均会降低支柱绝缘子的                          材料, 铝质瓷在显微组织、 稳定性、 力学性能等方面
            力学性能。另外, 刚玉的弹性模量要比石英的弹性                            显著优于硅质瓷。
            模量高得多, 同时也高于莫来石的弹性模量                   [ 6 ] ( 见表      ( 3 )建议在支柱绝缘子的运行维护过程中, 加

            2 ), 随着刚玉晶相含量的降低, 支柱瓷绝缘子的强度                        强检测预防手段, 从而预防断裂事故的发生。
            也会随之降低。因此, 故障瓷绝缘子的力学性能和
                                                               参考文献:
            稳定性也低于高强度铝质瓷绝缘子。
                       表2 绝缘子中主要晶体的弹性模量                 GPa     [ 1 ]  毛文奇. 支柱瓷绝缘子缺陷检测方法及防范措施初探

                     晶体类型                   弹性模量                    [ J ] . 湖南电力, 2006 , 26 ( 5 ): 11-14.
                                                                [ 2 ]  范敏, 黎治宇, 邓集, 等. 基于振动声学理论的瓷支柱
                     刚玉晶体                     380
                     石英晶体                     90                    绝缘子检测法[ J ] . 湖南电力, 2013 , 33 ( 5 ): 9-11 , 21.

                                                                [ 3 ]  李欣, 刘兴文, 邓集, 等.220kV 管母支柱绝缘子断裂
                    莫来石晶体                     200
                                                                    原因分析及对策[ J ] . 湖南电力, 2014 , 34 ( 2 ): 33-35.
                                                                [ 4 ]  陈琳依, 帅勇, 胡加瑞, 等. 高压支柱瓷绝缘子断裂分
              瓷质绝缘子材料中的铁氧化物均为变价氧化
            物, 在烧成过程中, 其会随炉内气氛的不同生成不同                               析[ J ] . 高压电器, 2015 , 51 ( 7 ): 69-73.
                                                                [ 5 ]  孟勇, 龚国洪, 伍正平, 等. 浅谈瓷绝缘子中微裂纹结
            价的氧化物。在瓷的整个烧制过程中, 高温阶段瓷
                                                                    构与晶粒尺寸的关系[ J ] . 矿物学报, 2011 , 31 ( 增刊
            都处在强还原气氛条件下, 直到冷却前, 铁的氧化物
                                                                    1 ): 1004-1005.
            均以低价态 FeO 存在。当还原气氛不足、 时间不够                          [ 6 ]  马天齐. 电瓷制造工艺及显微结构特征研究[ D ] . 长
                                                    尚可被
            或冷却速率过快时, 支柱绝缘子表面 Fe 2O 3                               沙: 湖南大学, 2018.
            还原成 FeO , 瓷质呈正常的灰白色; 而瓷质中心部                         [ 7 ]  雍军, 沈庆河, 胡晓黎, 等. 浅析山东电网高压支柱瓷

                                              的形式存在,                绝缘子断裂原因[ J ] . 高电压技术, 2005 , 31 ( 3 ): 90-
            分还没来得及被还原, 仍以 Fe 2O 3
            Fe 呈黄棕色或红色, 与灰白色瓷质结合容易呈现                                91.
              3+
                                                                [ 8 ]  侯宇嘉, 杨文良, 王琼, 等. 高压支柱瓷绝缘子断裂原
            浅黄色, 从而在瓷质心部出现发黄的现象。
                                                                    因及缺陷检测技术分析[ J ] . 内蒙古电力技术, 2019 ,
                 调取故障发生时变电站的温度情况, 发现在故
            障前两天存在最大22℃的温度突变。同时该绝缘                                  37 ( 1 ): 71-74.

                                                                [ 9 ]  黄蓉, 王军, 谢亿, 等.500kV 变电站断路器导气管接
            子已经运行了27a , 运行过程中环境温度变化会使

                                                                    头开裂原因[ J ] . 理化检验( 物理分册), 2022 , 58 ( 5 ):
            其心部与外缘之间发生应力集中和损伤积累, 最终
                                                                    30-33 , 39.
            导致材料在外界温度变化的诱因下发生断裂。



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