電力井道母線防滲水的解決方案

吳木根，施曉春，沈承東，顧菊觀

（1.浙江泰侖電力集團有限責(zé)任公司配電工程分公司，浙江湖州 313000；2.湖州師范學(xué)院理學(xué)院，浙江湖州 313000）

0 引言

隨著近年來高層建筑大量增加，用戶對用電質(zhì)量的要求和負荷也隨之增加。井道母線技術(shù)逐步成熟，在性能和安全性方面的優(yōu)勢顯著，已經(jīng)逐漸替代了原來的分支電纜等供電方式，到目前為止全國已經(jīng)建成并投入運行了相當(dāng)大數(shù)量和規(guī)模的井道母線。

在井道封閉母線的大量應(yīng)用中，其故障概率也逐步增加。文獻［1］分析了低壓母線槽故障的直接原因是母線槽發(fā)生局部形變、連接器內(nèi)保護螺桿的絕緣材料破損引起電氣間隙和爬電距離不足導(dǎo)致的相間短路。提出應(yīng)從項目設(shè)計、材料采購、工程施工以及后期的日常維護等環(huán)節(jié)入手，加強科學(xué)規(guī)范管理。

文獻［2］研究發(fā)現(xiàn)母線槽故障點發(fā)生在母線接頭處的情況，分析造成母線放炮故障的原因。應(yīng)根據(jù)使用場所和所需容量等條件正確選擇母線槽的類型、載流能力和防護等級，施工過程中應(yīng)根據(jù)母線槽安裝標準規(guī)范施工，嚴格把控施工環(huán)節(jié)，避免因施工缺陷造成安全隱患。

文獻［3］分析研究了目前市場上母線槽插座結(jié)構(gòu)裝置存在的問題，以及影響插座裝置性能的主要因素，主要從減小接觸電阻、增大插入點間安全距離、插件互換性、插接單元推進、定位、固定等方面綜合考慮，對插座裝置的各零部件進行合理的優(yōu)化設(shè)計，制造了具有彈性壓力，可實現(xiàn)線性接觸，能獨立安裝相線插件的母線槽插座結(jié)構(gòu)裝置，解決了插座裝置在使用過程中因發(fā)熱、松動、短路而引發(fā)的安全事故，使插座結(jié)構(gòu)裝置更加經(jīng)濟、安全、可靠。

文獻［4］主要對某企業(yè)的母線槽直線段單元發(fā)生擊穿事故，通過對樣品母線槽直線段單元進行勘查和試驗，發(fā)現(xiàn)有液態(tài)物質(zhì)進入母線槽，母線槽單元兩端的銅排之間對液體的防護性能差，液態(tài)物質(zhì)在母線槽內(nèi)存在時間相當(dāng)長，影響母線槽的絕緣性能，導(dǎo)致嚴重的擊穿事故。建議銅排的絕緣包裹層應(yīng)采用符合要求的絕緣材料按照規(guī)定制造，達到IPX5 等級的防護效果。對母線槽的安裝環(huán)境要求，必須清除和采取防范 措施防止?jié)B漏、灰塵、熱源對母線槽的侵蝕。

文獻［5］介紹了220 kV 微機型母線面將CSC150A 母線差動保護裝置與傳統(tǒng)電磁型RADSS 母線差動保護裝置進行了詳細對比和分保護裝置CSC150A 在220 kV 變電站的應(yīng)用情況，并從保護配置、回路設(shè)計及運行操作注意等方析，指出微機型母線保護裝置的應(yīng)用優(yōu)勢。本文通過對電力井道密集型母線事故和故障成因分析，設(shè)計采用了相關(guān)新型裝置很好地解決預(yù)防和減少類似事故的發(fā)生。

1 故障現(xiàn)象

2021 年，某供電公司配電搶修小組接到故障報修電話：小區(qū)某幢某單元故障停電。搶修人員趕赴故障現(xiàn)場，檢查后發(fā)現(xiàn)該母線建成投運于2014 年，使用電流為630 A，事故現(xiàn)場有燒灼短路痕跡。經(jīng)拆卸發(fā)現(xiàn)在母線連接處有短路熔渣，在兩段母線的連接處發(fā)現(xiàn)有比較嚴重的銹蝕（圖1a））。觀察母線使用環(huán)境，發(fā)現(xiàn)母線經(jīng)過區(qū)域比較潮濕（圖1b）），在母線頂端防火封堵部位有大量凝露并不時流淌滴落（圖1c））。

圖1 故障現(xiàn)象

2 故障原因

基于上述現(xiàn)場情況，從母線槽本體狀態(tài)來看，判斷是母線槽故障點有潮氣或水汽進入母線槽內(nèi)部，形成局部、長期的放電現(xiàn)象，造成局部絕緣材料性能下降（圖2a）），在高濕度或有少量水汽進入到故障點位置時誘發(fā)形成導(dǎo)電通道造成單相擊穿（圖2b））。在部分母線槽段的連接點位置由于水汽的進入造成連接件的局部潮濕從而在母線運行負荷變化時造成局部空間凝露引起絕緣下降的放電現(xiàn)象（圖2c）），并在到達水汽臨界點時形成水滴，引起相間短路，瞬間的短路電流形成了短路熔渣（圖2d））。

從近年供電運維班對于井道母線的故障報修情況來看，井道母線受季節(jié)性天氣潮濕影響及偶發(fā)外部因素而造成的線路故障逐漸增多。從季節(jié)維度來看，在江浙地區(qū)的春、夏季節(jié)，特別是梅雨季節(jié)是井道母線故障的高發(fā)時段，占比達全年故障的80%以上。針對故障高發(fā)季節(jié)的現(xiàn)場故障情況，分析有以下故障原因：井道母線外殼一般采用鋼板彎制成型或采用鋁合金型材，這兩種外殼在段和段之間的連接點目前沒有較好的防水措施，在春、夏季節(jié)，特別是梅雨季節(jié)由于空氣濕度大，持續(xù)時間較長，在密閉的井道中墻體和母線槽外殼長時間處于相對潮濕的狀態(tài)，容易造成母線短路。相關(guān)影響因素有：

（1）建筑樓層間的母線井道相對潮濕，母線運行時產(chǎn)生的熱量加速了潮濕空氣的熱蒸騰，而建筑物隔層頂部溫度相對較低，從而形成類似澡堂頂部的水汽凝露。

（2）母線井道開孔處的防火封堵材料在溫差較大時容易在表面形成凝露。

（3）工程安裝、房屋裝修及部分居民的不良生活習(xí)慣等，如工程安裝、房屋裝修用水隨意傾倒造成的滲水。

（4）母線在不同的時間段承載的用電量變化較大，用電量負荷的變化使母線槽殼體的表面溫度也發(fā)生變化，溫度差也隨之變化，會形成在潮濕空氣下母線表面的水汽凝聚。

受上述因素影響，凝水達到臨界點后會形成水流順著母線槽本體流淌，在母線槽與插接箱、母線槽段與段的連接接頭、插接箱卡爪等位置匯集和滯留。在連接處由于長時間連續(xù)的小水流經(jīng)過，在水的浸潤下極易形成虹吸通道造成滲水，容易造成帶電部位導(dǎo)通，引起母線連接點及插接箱連接點漏電（圖3a）），嚴重時可能導(dǎo)致接地或短路等電氣事故（圖3b））。

圖3 故障分析

3 防滲方案

通過上述觀察、分析，如何采取一種既經(jīng)濟又切實有效的防水、阻水措施，消除故障隱患成了當(dāng)務(wù)之急。開發(fā)一種在母線槽本體上阻止并切斷水的流淌、匯集，把產(chǎn)生的水流分散和引導(dǎo)，避免水進入母線槽的裝置，解決井道母線防滲水阻隔裝置和母線槽連接部位的嵌合及密封問題。

裝置對的密封部分的選料和安裝工藝要求較高，材料要求耐火、阻水、耐高溫、防老化，并具有一定的彈性和強度，最終產(chǎn)品要能現(xiàn)場快速安裝以滿足技改要求。技術(shù)部相關(guān)人員根據(jù)母線槽實物現(xiàn)狀，通過對比和試驗進行選材，在排除了硅膠、環(huán)氧樹脂、塑料、陶瓷、玻璃等材料后，最終選用橡膠基材（圖4a））。

圖4 防滲水裝置設(shè)計及安裝實物

對母線槽外殼進行采模后，設(shè)計了兩瓣嵌合式傘裙的外形（圖4b）），并通過阻燃型防水自流平材料對兩瓣嵌合部位以及傘裙同母線槽本體的結(jié)合部位進行防水填充，使得本體與傘裙的結(jié)合更加緊密，從而實現(xiàn)對水滴流的更好阻隔效果。傘裙形裝置在設(shè)計時增加了錐度，使得產(chǎn)生的水流向外分散，遠離母線外殼。裝置在設(shè)計時借鑒建筑工程中屋檐滴水的原理，增加了檐形設(shè)計，使裝置隔斷的水流不會向內(nèi)流淌，而是慢慢向四周分散或蒸發(fā)（圖4c））。

母線槽在運行中會產(chǎn)生高溫，考慮到安裝的便捷性等綜合因素，傘裙形裝置填充材料的選用也是很大的問題。通過對比不同材料的特性，最終選用了專門開發(fā)的防火型發(fā)泡密封專用材料，該材料具有絕緣、耐火、憎水、耐高溫、抗老化的特性，在填充時具有膨脹性，能滲入結(jié)合部分的縫隙中，在膨脹凝固后定型，可以達到很好的密封性，滿足裝置的設(shè)計要求。

4 測試效果

井道母線防滲水阻隔裝置在試用過程中對裝置進行了防滲水測試和滲水分散測試。防滲水測試主要通過人工模擬在母線上不間斷產(chǎn)生有色水量（圖5a）），用吸水紙觀察裝置24 h、48 h、72 h 下端的滲水情況。滲水分散測試時，主要通過人工模擬在母線上不間斷產(chǎn)生水量，觀察裝置對滲水的分散情況（圖5b））。經(jīng)過反復(fù)多次測試，沿母線槽內(nèi)邊無滲漏情況（圖5c）），有積留滲水沿檐形設(shè)計周邊分散，完全達到設(shè)計要求（圖5d）），解決了井道母線因各種情況造成的滲水問題。

圖5 裝置防滲水測試

5 結(jié)束語

井道母線防滲水阻隔裝置申請了發(fā)明專利和實用新型專利。項目成果推廣后，極大地減少，甚至杜絕了井道母線因各種因素造成的滲水，避免了滲水引起的母線連接點及插接箱連接點等部位的電氣事故，降低了井道母線的故障率，提升用電可靠性，降低運維成本，減輕運維人員的工作負擔(dān)，避免因電氣事故引起的停電搶修造成用戶生活的不便以及因此造成的客戶投訴，提升了客戶的用電滿意度。有力支撐國網(wǎng)打造“安全可靠、優(yōu)質(zhì)高效、綠色低碳、智能互動”的新時代一流現(xiàn)代化配電網(wǎng)的堅強保障，為城市發(fā)展的電力“引擎”提供技術(shù)保障。