變電站全絕緣管型母線運(yùn)行缺陷分析及改進(jìn)措施

張涵

摘要

本文對(duì)全絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和問題缺陷進(jìn)行了分析，針對(duì)一起由全絕緣管母故障引發(fā)的變電站主變跳閘，通過現(xiàn)場(chǎng)事故分析和故障管母的解剖，對(duì)暴露出的全絕緣管母缺陷進(jìn)行了研究，并從從制造安裝和日常運(yùn)維等環(huán)節(jié)提出了針對(duì)性改進(jìn)措施和建議。

【關(guān)鍵詞】變電站 管母母線 絕緣缺陷

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，變電站容量不斷擴(kuò)大，主變低壓側(cè)輸送電流也不斷增大，載流量大、絕緣性能好的全絕緣管母在變電站中得到了大量廣泛的應(yīng)用。但是由于全絕緣管母結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的特殊性，在運(yùn)行過程中暴露出一些常見的故障隱患，本文分析變壓器低壓側(cè)絕緣管母的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和存在的問題，從設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)維等環(huán)節(jié)提出針對(duì)性改進(jìn)措施，保障絕緣管母運(yùn)行可靠性。

1 全絕緣管母的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和問題分析

全絕緣管母是統(tǒng)一采用銅管或鋁管作導(dǎo)體、外敷絕緣的一種母線產(chǎn)品，在國(guó)外被稱為“管形電纜”，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。全絕緣管母絕緣層是由多重絕緣材料和屏蔽材料相互交替形成的絕緣結(jié)構(gòu)，電位由里及外逐層降低，直到表面電位為零。全絕緣管母絕緣層的類型主要有聚四氟乙烯繞包結(jié)構(gòu)、環(huán)氧樹脂澆注結(jié)構(gòu)、三元乙丙橡膠三層共擠成型結(jié)構(gòu)。

1.1 技術(shù)特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的矩形銅排母線比較，全絕緣管母具備以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）允許的應(yīng)力大，跨距較大，可承受的短路電流較大;

（2）圓柱形空心導(dǎo)體決定了其集膚效應(yīng)系數(shù)低，導(dǎo)體的電阻較小，單位面積的載流量大;

（3）電氣絕緣性能強(qiáng)，電位從外至里逐漸降低，多重屏蔽層保證了每層絕緣層表面的電荷分布均勻，避免了絕緣層表面產(chǎn)生局部放電，且不受其它相母線的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的干擾;

（4）金屬屏蔽層處接地電位為零，在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)可以用固定金具直接安裝在鋼架構(gòu)上，省去了支撐絕緣子的安裝，節(jié)省了空間，布局清晰。

1.2 存在的問題分析

全絕緣管母雖然有優(yōu)良的電氣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，但由于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用還不十分成熟，暴露出問題如下：

（1）全絕緣管母有關(guān)的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頒布較晚，直到2017年5月國(guó)家能源局才正式頒布實(shí)施《35kV及以下固體絕緣管型母線》（DL/T1658-2016），導(dǎo)致長(zhǎng)期以來絕緣管母制造過程、安裝方式和出廠試驗(yàn)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。

（2）全絕緣管母常用于變電站低壓側(cè)母線橋，對(duì)于中間接頭和終端頭處的制作工藝要求高，不良工藝容易遺留故障隱患，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的戶外運(yùn)行，絕緣材料發(fā)生老化，一旦發(fā)生故障，容易造成與其直接連接的主變和開關(guān)柜等設(shè)備損毀，造成事故擴(kuò)大。

（3）全絕緣管母的質(zhì)量參差不齊，產(chǎn)品的規(guī)格型號(hào)較多。生產(chǎn)廠家按照自己的慣用方式進(jìn)行命名或編號(hào)，給變電站設(shè)計(jì)選型和后期運(yùn)維管理帶來困難。

2 典型故障分析

2.1 故障情況

220千伏ZX變電站#1主變35kV側(cè)母線為聚四氟乙烯帶繞包式全絕緣銅管型母線。2017年5月8日10點(diǎn)19分，變電站#1主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，三側(cè)開關(guān)掉閘?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)主變35kV側(cè)母線橋B相全絕緣管母有擊穿點(diǎn)，開關(guān)柜上方B相絕緣管母外護(hù)套爆裂，導(dǎo)體有嚴(yán)重?zé)?，C相絕緣接頭盒落在地面，A、C相導(dǎo)體有燒痕，絕緣護(hù)套下方開裂，開關(guān)柜上方和地面有金屬熔化物?，F(xiàn)場(chǎng)解剖三相管母室內(nèi)接頭和B相室外部分接頭，發(fā)現(xiàn)室外B相管母沿絕緣層有明顯貫穿燒黑現(xiàn)象;對(duì)A、C相管母開關(guān)柜處終端頭剖開檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 原因分析及處理過程

2.2.1 故障分析

故障發(fā)生時(shí)，ZX變電站35kV水廠線線路發(fā)生C相接地?，F(xiàn)場(chǎng)絕緣管母解剖發(fā)現(xiàn)，#2主變35kV側(cè)B相母線橋銅導(dǎo)體中間接頭處存在直徑1cm空洞，在運(yùn)行放電造成局部絕緣損傷。當(dāng)35kV水廠線線路發(fā)生C相接地時(shí)，系統(tǒng)A、B相電壓升高至線電壓，造成此處絕緣擊穿，通過屏蔽層接地，發(fā)生BC相接地短路。同時(shí)，在短路電流作用下，B相終端頭發(fā)生爆炸，產(chǎn)生電弧氣體，在開關(guān)柜上方管母處發(fā)展成ABC三相弧光短路，A、C相軟連均出現(xiàn)燒熔現(xiàn)象，造成#2主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作（#2主變?cè)囼?yàn)數(shù)據(jù)無異常，拆除35kV套管連接后，重新投入運(yùn)行）。

調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，該站35kV系統(tǒng)改造絕緣管母施工時(shí)間主要集中在2016年11月，由于負(fù)荷壓力大，且施工過程中出現(xiàn)了雨雪天氣，造成工期緊張。全絕緣管母中間接頭制作過程受環(huán)境影響較大，在環(huán)境溫度低、空氣濕度大的情況下，制作過程中的絕緣層內(nèi)部出現(xiàn)雜質(zhì)、微孔等缺陷，長(zhǎng)期運(yùn)行引發(fā)局部放電，最終導(dǎo)致主絕緣擊穿。

2.2.2 處理過程

首先將35kV管母與主變軟連解除，并用絕緣護(hù)套包繞低壓套管后主變帶110KV負(fù)荷恢復(fù)運(yùn)行。經(jīng)研究分析，根據(jù)電網(wǎng)+八項(xiàng)重大反事故措施要求，將全絕緣管型母線橋更換型式為半絕緣管母：拆除母線橋架構(gòu)上固定全絕緣管母的金具，將管母表面的絕緣層和屏蔽層材料剝離，用絕緣護(hù)套進(jìn)行熱縮處理。在架構(gòu)托架的法蘭基座上安裝35kV電壓等級(jí)的支柱絕緣子，將改造后的半絕緣管母置于支柱瓷瓶上并固定，在原穿墻部位加裝穿墻套管實(shí)現(xiàn)良好絕緣。

3 改進(jìn)措施及建議

為提升變電站全絕緣管型母線運(yùn)行可靠性，避免類似故障重復(fù)發(fā)生，提出以下建議：

（1）加強(qiáng)全絕緣管母制作安裝的過程控制。安排專業(yè)技術(shù)人員在絕緣管母的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)督，督促廠家嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工序和工藝，對(duì)于絕緣層制作和中間頭現(xiàn)場(chǎng)安裝等薄弱環(huán)節(jié)，加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督，確保滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)要求。

（2）加強(qiáng)絕緣管母狀態(tài)監(jiān)控。運(yùn)用全方位紅外測(cè)溫等先進(jìn)帶電檢測(cè)手段，對(duì)全絕緣管母在運(yùn)的變電站定期開展隱患排查，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常后加強(qiáng)跟蹤檢測(cè)。針對(duì)嚴(yán)重以上缺陷及時(shí)制定檢修策略，避免隱患進(jìn)一步擴(kuò)展，造成電網(wǎng)事故。

（3）落實(shí)電網(wǎng)反事故措施要求，在新上變電站不再采用全絕緣管母，對(duì)于已經(jīng)投運(yùn)的加強(qiáng)帶電檢測(cè)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，配合停電開展絕緣管母改造。

4 結(jié)語

全絕緣管母與傳統(tǒng)矩形母線有優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，其絕緣結(jié)構(gòu)也存在的一定的問題缺陷，若發(fā)生故障，直接影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。當(dāng)前亟需在深入分析全絕緣管母常見缺陷的基礎(chǔ)上，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和制造等環(huán)節(jié)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝和產(chǎn)品性能進(jìn)行優(yōu)化;在日常運(yùn)維中，要加強(qiáng)全絕緣管母運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，確保設(shè)備健康運(yùn)行。

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