Обзор ситуации
Во время пуско-наладочных работ на одной из подстанций произошла аварийная вспышка искрения на опорном изоляторе. Конкретные обстоятельства аварии следующие:
При закрытии выключателя напряжением 500 кВ для зарядки шины сработала дифференциальная защита шины, и выключатель отключился. Фаза, в которой произошла авария, была фаза B, а ток аварии составил 5760 А. Был проведен анализ газового состава SF₆ в камере, и содержание SO₂ составило 5,3 μЛ/Л (стандарт - 2 μЛ/Л).
Строение опорного изолятора
Камера содержит три опорных изолятора, ловушки частиц, тяговые пластины и т.д. Как показано на рисунке 1, при сборке три опорных изолятора и ловушки частиц сначала фиксируются на металлической тяговой пластине болтами. Экран устанавливается на металлический вкладыш в центре изолятора болтами. Вкладыш соединяется с изолятором методом литья. После сборки он фиксируется на фланце трубчатой шины через болты тяговой пластины. Основным материалом изолятора является эпоксидная смола, ловушка частиц выполнена из сплава, а ограничительная прокладка - из диэлектрического материала.

Основная функция опорного изолятора - поддерживать внутренний проводник, и он не служит для изоляции камеры. При нормальной работе оборудования опорный изолятор равномерно нагружается под постоянным давлением газа, как показано на рисунке 2. С другой стороны, распределение электрического поля трех опорных изоляторов крайне неравномерно. Сила электрического поля на границе между металлическим вкладышем и эпоксидной смолой относительно высока. Это неравномерное распределение может привести к значительному местному накоплению заряда на трех опорных изоляторах. В случае наличия посторонних предметов или других ситуаций во время эксплуатации может произойти вспышка искрения.

Перемеривание внешних размеров
Аварийный опорный изолятор был возвращен на завод для повторного измерения размеров и внешнего осмотра. Аварийные опорные изоляторы были слегка протерты, и отметки были отполированы. Поверхность опорного изолятора была целой, и никаких видимых трещин, пузырей или других аномалий не было обнаружено.
С учетом чертежей, были повторно измерены несколько ключевых размеров опорного изолятора, ловушек частиц, экранов, тяговых пластин и т.д. Это включало повторное измерение нескольких размеров, таких как расстояние между центрами трех ног опорного изолятора, окружной диаметр и угол. Все размеры оказались соответствующими.
Испытание красителем
На опорном изоляторе было проведено испытание красителем. После очистки и шлифовки было проведено испытание. Очиститель был распылен на бумагу, а затем краситель на поверхности изолятора был аккуратно удален. После тщательного осмотра не было обнаружено проникновения красителя, и никаких аномалий при испытании красителем не было найдено.
Рентгенографическое и индустриальное КТ-исследование
На опорном изоляторе было проведено рентгенографическое исследование. Опорный изолятор был повернут на 360° для исследования, и не было обнаружено дефектов, таких как плохое соединение, пузыри или трещины.
Было проведено индустриальное КТ-исследование опорного изолятора. Внутренний диэлектрический материал был в целом однородным, без обнаружения пор, трещин, примесей или других дефектов. Не было обнаружено плохого соединения между вкладышем низковольтного конца и эпоксидной смолой, а также между центральным цилиндром и эпоксидной смолой.
Механические испытания
На опорном изоляторе были проведены механические испытания, включая испытание на сжатие (12 кН, удержание давления в течение 30 минут) и испытание на скручивание (15 кН, удержание давления в течение 30 минут). Поверхность опорного изолятора была осмотрена на наличие аномалий, трещин или повреждений. Механические испытания не выявили никаких аномалий.
Испытания на диэлектрическую прочность
Опорные изоляторы были собраны в тестовом состоянии шины с новыми ловушками частиц и старыми ловушками частиц (после шлифовки), возвращенными с объекта, и заполнены газом SF₆ под давлением 0,5 МПа.
Сначала оценка была проведена согласно методу испытания на пробой в заводских условиях: испытание на сопротивление переменному току (740 кВ в течение 1 минуты - 381 кВ в течение 5 минут) и импульсное испытание (±1675 кВ, 3 раза каждое); затем оценка была проведена согласно методу испытания на пробой на объекте: испытание на сопротивление переменному току (318 кВ в течение 5 минут - 550 кВ в течение 3 минут - 740 кВ в течение 1 минуты - 381 кВ в течение 45 минут). Все результаты испытаний были нормальными, без разрядов или аномалий.
Испытания воспроизведения аварии
На основе вышеуказанного анализа опорного изолятора было установлено, что в стадиях проектирования и производства опорного изолятора не было обнаружено проблем, связанных с аварией. Предварительно было предположено, что посторонние предметы на поверхности опорного изолятора на этапе установки могли вызвать вспышку искрения. Для дальнейшего подтверждения причины аварии, учитывая возможные места укрытия посторонних предметов и ситуацию с неприменением смазочного материала, были проведены испытания воспроизведения аварии в различных рабочих условиях, включая: нанесение 1/3 смазочного материала на опорный изолятор (без разрядов), нанесение 1/2 смазочного материала на опорный изолятор (без разрядов), нанесение 2/3 смазочного материала на опорный изолятор (без разрядов), нанесение 1/3 смазочного материала на опорный изолятор и продувку пыли (пыль на опорный изолятор, без разрядов) и т.д.
На основе результатов испытаний воспроизведения аварии в вышеуказанных рабочих условиях можно сделать вывод, что загрязнение одним источником смазочного материала или металлическими посторонними предметами маловероятно вызывает поверхностный пробой изолятора; для изоляторов, которые выходят из строя под воздействием переменного напряжения, на центральном вкладыше и вкладыше заземляющего потенциала имеются явные следы абляции; для изоляторов, которые выходят из строя под воздействием импульсного напряжения молнии, на центральном вкладыше имеются следы абляции, что аналогично явлению, наблюдаемому на объекте.