全絕緣管型母線運行故障分析與預防措施

國網(wǎng)湖南省電力有限公司常德供電分公司 李 冬 黃 華 胡靖濤 楊 航 柳葉湖旅游度假區(qū)復基小學 李瓊霞

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于電力供應的要求也越來越高，提升電力系統(tǒng)10kV、35kV側(cè)出線電能輸送水平是迫切需要解決的問題。電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)導體結(jié)構(gòu)采用矩形截面的銅導體，此種結(jié)構(gòu)相對圓形截面，在同樣截面積下，其比圓形截面周長要長，散熱面積大，消耗金屬量少，但不適用大電流運行工況，同時其采用支柱瓷瓶作為支撐，外包裹熱縮套的絕緣方式，抗短路能力弱，占用空間大。

在現(xiàn)代化變電站設計、建設中，變電站占地面積越來越小，電能輸送功率越來越大，110kV、220kV設備普遍開始應用GIS結(jié)構(gòu)，既占用空間少，且絕緣性能高，10kV、35kV主變壓器母線側(cè)導體結(jié)構(gòu)也逐漸開始尋求新的方式。全絕緣管型母線作為以銅管或鋁合金管作為導體、外敷絕緣的一種母線產(chǎn)品，以其載流量大、集膚效應低、散熱條件好、機械強度高、安裝方便等優(yōu)勢逐漸應用到電力生產(chǎn)中[1-2]。

在國際上，較為成熟的絕緣管型母線技術(shù)最早集中在歐洲國家，如德國、瑞士等，但我國起步較晚，在行業(yè)中也缺乏相關的技術(shù)標準，并在生產(chǎn)、運輸、安裝以及運維檢修環(huán)節(jié)缺少系統(tǒng)性管理[3]。以至于在生產(chǎn)實際中出現(xiàn)多次故障，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行以及電能供應可靠性，導致電力系統(tǒng)對絕緣管型母線技術(shù)持懷疑態(tài)度。文中結(jié)合生產(chǎn)實際中絕緣管型母線出現(xiàn)的故障，根據(jù)現(xiàn)場檢查、解體分析，以及現(xiàn)場安裝情況，找出設備發(fā)生故障的原因，為絕緣管型母線的應用提供參考，并制定相應的預防措施。

1 全絕緣管型母線結(jié)構(gòu)

全絕緣管型母線作為連接主變壓器低壓側(cè)至10kV或35kV母線側(cè)的絕緣導體，主要組成部分為全絕緣管型母線以及屏蔽筒。

絕緣管型母線經(jīng)過不斷的發(fā)展，呈現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)形式，按照絕緣材料主要分為三類，環(huán)氧樹脂浸澆注類、聚酯薄膜或聚四氟乙烯絕緣帶繞包式和聚乙烯、三元乙丙橡膠（EPDM）或硅橡膠絕緣擠包式[4]。文中主要對環(huán)氧樹脂浸澆注管型母線進行分析。

環(huán)氧樹脂浸澆注管型母線采用內(nèi)屏蔽層、絕緣層、外屏蔽層的三層共擠復合屏蔽絕緣母線，母線內(nèi)部為中空，其整體結(jié)構(gòu)設計與電力電纜類似，如圖1所示[1]。

圖1 全絕緣管性母線結(jié)構(gòu)

由于全絕緣管型母線生產(chǎn)時的長度有限，當長度不夠時，采用接線板軟連接的方式將兩段管型母線相連，并在連接處外覆蓋屏蔽筒。絕緣屏蔽筒制作原理為電容屏分壓原理，即通過控制屏間距使電位梯度均勻降低，直至屏蔽筒外表面電位為零。在屏蔽筒絕緣層設有均壓用的電容屏，使得屏蔽筒內(nèi)的軸向和徑向場強均勻，沿整個屏蔽筒全長外設有接地屏，接地屏外設有防護層，將最外層電壓保持為零。

2 典型故障分析

全絕緣管型母線由于其結(jié)構(gòu)屬性以及現(xiàn)場安裝工藝等影響，其對密封性、絕緣材料的要求較高，稍有不慎將導致在生產(chǎn)實際中出現(xiàn)運行故障，損壞設備，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，下面針對電力生產(chǎn)實際情況的事件進行分析。

2.1 屏蔽筒受潮凝露故障

某220kV變電站35kV側(cè)絕緣管母運行僅半年事件，便出現(xiàn)拉弧放電現(xiàn)象，隨即對其停電檢查。在現(xiàn)場將屏蔽筒拆除后，發(fā)現(xiàn)B相管型母線對有抱箍放電痕跡，銅排軟連接部分可見明顯銅綠，分析為屏蔽筒受潮導致。

在該全絕緣管型母線運行期間，就已通過紅外測溫儀發(fā)現(xiàn)B相較A、C兩相溫度高2K，同時發(fā)現(xiàn)管型母線對金屬抱箍放電?，F(xiàn)場對B相管母解體檢查，將屏蔽筒拆除后，發(fā)現(xiàn)B相管母對抱箍放電痕跡。接頭內(nèi)部A、B相的兩側(cè)管母線外護套底部均有水珠凝結(jié)成串，其中A相較輕微，B相尤為明顯（水滴從接線板處向抱箍金具方向延伸約80cm）。同時B相接頭內(nèi)部的接線板及軟連接表面可見明顯銅綠。

實際中，屏蔽筒兩側(cè)密封型式是采取防水絕緣膠帶纏繞形成，在安裝過程中，若膠帶存在壓接不嚴、不平整，潮氣便能透過微小縫隙進入屏蔽筒，而屏蔽筒兩側(cè)無空氣對流，更易在管母線外護套表面形成凝露，導致B相母線外護套累積了大量水分，且長期受潮導致屏蔽筒內(nèi)部軟連接處有較多銅綠銹蝕。由于B相屏蔽筒內(nèi)部管母線的外護套表面凝露嚴重，絕緣降低，并在運行過程中形成表面爬電，最終對臨近抱箍金具放電。

相似的，某110kV變電站10kV側(cè)絕緣管型母線A相屏蔽筒處也出現(xiàn)因凝露，導致在運行中發(fā)熱現(xiàn)象，溫差竟達40K。

同樣對該管母屏蔽筒進行拆除、解體。在拆除屏蔽筒兩端密封材料的過程中，發(fā)現(xiàn)在屏蔽筒內(nèi)靠近絕緣母線端部有明顯因凝露形成的水滴，在屏蔽筒絕緣擊穿一側(cè)的正下方有明顯放電痕跡。在溫度異常屏蔽筒內(nèi)下方也有明顯的白色水痕，其他溫度無異常的屏蔽筒，沒有發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，管母中間連接處的密封是在現(xiàn)場施工，密封性能受天氣、溫度、濕度以及安裝人員的技能等因數(shù)影響，造成屏蔽桶內(nèi)溫度異常，是由屏蔽桶兩端的密封措施未處理好，導致潮氣進入屏蔽桶內(nèi)，由于早晚溫差較大形成凝露水滴，水滴往低處流動聚集在屏蔽筒的下方，使屏蔽筒絕緣材料的性能下降，對地泄漏電流增大，導致屏蔽筒內(nèi)異常發(fā)熱，并在運行電壓持續(xù)作用下，金屬導體沿屏蔽筒內(nèi)部形成爬電路徑，使接頭處通過管母外護套至最外層金屬屏蔽接地層之間形成放電路徑，造成絕緣擊穿。

2.2 管型母線安裝不到位故障

某110kV變管型母線由于彎曲半徑過大，使得絕緣性能下降，在運行電壓持續(xù)作用下，以致絕緣擊穿，最終導致單相接地故障。

該絕緣管母故障發(fā)生在B相彎曲部位，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)B相管母在其拐彎處出現(xiàn)明顯放電現(xiàn)象，環(huán)網(wǎng)柜A相電纜頭放電，管型母線燒毀嚴重。經(jīng)過現(xiàn)場檢查分析，管型母線銅導體的內(nèi)徑為110mm，外徑為140mm，彎曲部位的彎曲半徑為660mm。

由于絕緣管型母線對于安裝時的彎曲半徑?jīng)]有明確技術(shù)要求，在現(xiàn)場安裝施工過程中，僅考慮主變壓器低壓側(cè)樁頭至高配室連接方式的便捷性，導致管型母線彎曲半徑過大。從現(xiàn)場的測量尺寸來看，該絕緣管型母線的彎曲半徑為銅導體外徑的5倍，而參照與其結(jié)構(gòu)類似的交聯(lián)聚乙烯電力電纜彎曲半徑要求：無鎧裝35kV及以下電壓等級單芯電纜敷設時要求值為20d，即該管母線的彎曲半徑需達到2600mm，則該管型母線的彎曲半徑不符合要求。

根據(jù)管母的結(jié)構(gòu)型式和彎曲部位的工藝分析，本次故障應是由于對彎曲部位的工藝控制不良，彎曲半徑過小，導致出廠時已出現(xiàn)絕緣損傷，在運行電壓的作用下，管型母線絕緣性能逐漸下降，并最終導致絕緣擊穿故障。

3 預防措施

絕緣管型母線以其本身的功能特點在電力生產(chǎn)中獲得了應用，但由于其在設計、運輸、安裝過程中各種因素影響，尤其是現(xiàn)場施工不規(guī)范，導致留下隱患，以至于在運行中發(fā)生故障，如絕緣結(jié)構(gòu)受潮、絕緣結(jié)構(gòu)過度彎曲損壞絕緣，最終導致電力生產(chǎn)受到影響。

在文中，主要針對全絕緣管型母線屏蔽筒受潮以及管型母線彎曲半徑過大兩種情況進行分析，其中屏蔽筒受潮情況比較頻繁，但不論何種缺陷，都嚴重影響了電力系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。為充分利用全絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，降低其帶隱患運行可能性，需要加強管控環(huán)節(jié)，從而提升管型母線運行狀態(tài)。

在設備安裝環(huán)節(jié)，要做好安裝環(huán)節(jié)管控措施，參照與其具有類似結(jié)構(gòu)，如電力電纜的設備安裝標準，制定明確的安裝方案，嚴格管控安裝質(zhì)量。尤其對于屏蔽筒安裝時，要使用防水材質(zhì)的管型母線外護套，在管型母線連接處，確保母線套筒密封嚴實，防止內(nèi)部受潮積水，引發(fā)故障。在管型母線投運前開展的交接試驗，不僅限于絕緣電阻、交流耐壓試驗，還要進行局部放電試驗，確保其在1.2Um試驗電壓下，環(huán)氧樹脂澆注型局部放電量不超過50pC，聚酯薄膜或聚四氟乙烯絕緣帶繞包式和聚乙烯、三元乙丙橡膠（EPDM）或硅橡膠絕緣擠包式局部放電量不超過20pC，加強試驗檢測手段。在管型母線投入運行后，要加強對管型母線運維巡視，利用紅外精確測溫、特高頻局放檢測等帶電檢測手段，及時掌握管型母線的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時匯報，避免惡性事故發(fā)生。

4 結(jié)論

全絕緣管型母線由于其具有的突出優(yōu)勢，在電力系統(tǒng)中主變壓器10kV以及35kV母線側(cè)逐漸引入應用，但由于該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品對設計、運輸、安裝等環(huán)節(jié)質(zhì)量要求較高，而現(xiàn)階段缺乏足夠的管理體系與手段，以至于管型母線出現(xiàn)帶缺陷運行情況。文中通過生產(chǎn)實際中出現(xiàn)的全絕緣管型母線故障事件的分析，找出引發(fā)故障的根本原因所在，并提出相應預防措施，為今后的管型母線應用提供參考。