絕緣管型母線絕緣缺陷紅外檢測技術的研究與應用

張健能， 何宇琪， 胡曉萌

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山 528300）

絕緣管型母線絕緣缺陷紅外檢測技術的研究與應用

張健能， 何宇琪， 胡曉萌

（廣東電網有限責任公司佛山供電局，廣東佛山 528300）

絕緣管型母線絕緣缺陷的試驗與排查手段缺乏。通過兩起紅外測溫發現管母受潮和現場解體處理情況，結合管母結構，分析管母受潮發熱的原理，論述紅外測溫是發現管母絕緣受潮缺陷的有效手段。通過專項排查，又發現了多起類似的缺陷，驗證了該方法的有效性。

絕緣管型母線；紅外檢測；絕緣缺陷；絕緣受潮；溫差法

0 引 言

絕緣管型母線（以下簡稱管母）因載流量大、集膚效應低、功率損失小、散熱條件好、溫升低、允許應力大、機械強度高等眾多優點，在變電站主變變低母線中廣泛應用［1-6］。

廣東佛山地區較早應用管母，大量管母在運行，近年出現多起管母絕緣擊穿接地，甚至發展為兩相接地短路的故障，而其它單位亦出現類似的故障［7-8］，對主變安全運行構成嚴重威脅，影響用戶供電。

管母在2000年后才逐步應用，DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規程》沒有管母的預試內容，南方電網公司2011年修編的Q/CSG 114002—2011《電力設備預防性試驗規程》亦未對管母預試作出指引。管母與電纜結構相似，文獻［9-13］對電纜的檢測為我們檢測管母的絕緣故障提供了思路。為及時發現管母的絕緣缺陷，文獻［14-15］開展局部放電特性、檢測的研究。根據研究成果，佛山供電局開展在管母屏蔽接地線采用脈沖電流法進行局放測試工作，然而開展1年多未能夠有效發現管母絕緣缺陷。但管母絕緣擊穿還是接連發生。從多起管母絕緣缺陷原因分析，全部是由于管母端部受潮導致。運行人員日常細致的紅外測溫工作，發現多起管母端部受潮缺陷，有效抑制了管母絕緣擊穿事件的發生。

1 管母結構介紹

管母由銅導體、主絕緣、半導體、銅屏蔽、外護套等組成，如圖1所示。部分10kV管母與20kV及以上管母，端部還采取多層分壓的結構方式，降低端部電場強度。受運輸長度的限制，管母一般在工廠分段制作，現場再安裝連接起來。

2 管母端部區域發熱缺陷檢測與處理

某110 kV變電站發現#1主變壓器變低管母C相絕緣外套有破損的孔洞，表面有異物，紅外測溫顯示該位置管母溫升較大，相對A、B相及其它位置溫升高16 K，如圖2所示。測溫時晴天，環境溫度13℃，#1主變壓器負荷13.8 MW，負載率27.6％，輕載。管母型號：JTMP-12/3150，運行時間7年。

圖1　管母結構

圖2　管母端部區域發熱

#1主變壓器變低管母停電進行試驗，測試結果如表1所示，管母C相介損超標，存在局部放電，絕緣存在嚴重缺陷。

表1　#1主變變低管母試驗數據

解剖檢查發現，黑色外護套、紅色護套有明顯的損壞痕跡，從避雷器引出線至屏蔽層接地引出線處表面有水，避雷器與銅屏蔽層之間的內層絕緣護套嚴重損壞，銅屏蔽層嚴重發黑，絕緣護套下的主絕緣層完好，如圖3所示。

圖3　管母端部區域發熱解體分析

通過解剖分析，管母C相在運行過程中，雨水從屏蔽層接地引出線位置，透過絕緣護套，沿銅屏蔽層滲入，至屏蔽層與避雷器引出線位置，造成該區域絕緣電阻降低，護套受損，銅屏蔽層電腐蝕發黑，管母端部至屏蔽層邊沿的整個區域出現過熱。

3 管母端部局部發熱缺陷檢測與處理

某220 kV變電站發現#1主變壓器變低管母A相第二個固定夾旁有一局部溫升比其它位置高10 K以上，且該處外絕緣有明顯的破損，見圖4。測溫時為連日陰雨后放晴，環境溫度28℃，#1主變壓器變低負荷電流460 A，輕載。管母型號：JTMP-12/ 4000，運行時間8年。

解剖發現黑色外護套、紅色護套外層有明顯的損壞痕跡，黑色外護套內有大量積水，紅色護套內層損壞程度較輕，內側較好，銅屏蔽層嚴重發黑（見圖5）。

清理受損的屏蔽層、半導體層及絕緣護套，主絕緣層完好。

圖4　管母端部局部發熱

圖5　管母端部局部發熱解剖分析

通過解剖分析，管母A相在運行過程中，雨水沿端部黑色外護套與紅色護套間滲入，至屏蔽層與避雷器引出線位置，屏蔽層邊沿的絕緣外護套受損，該處局部過熱，銅屏蔽層電腐蝕發黑。

4 討論與分析

上述兩起管母絕緣缺陷均由于絕緣護套進水受潮引起，但是紅外熱像圖與受潮位置卻有較大差別。

（1）兩者紅外熱像圖存在差異。管母端部區域發熱缺陷（缺陷一）發熱位置主要在導體接頭與屏蔽層端部之間的區域；管母端部局部發熱缺陷（缺陷二）發熱點集中，在位于屏蔽層邊沿的局部位置。

（2）受潮位置不同。缺陷一在紅色護套內層與主絕緣層之間，從屏蔽層滲入；缺陷二在黑色外護套與紅色護套之間。

（3）管母端部采用分布式電路，見圖6，導體主絕緣（R11-R15）、紅外護套電阻（R21-R25）、黑色護套電阻（R31-R35）、主絕緣與紅色護套間沿面電阻（R51-R55）、紅外護套與黑色護套間沿面電阻（R61-R65）、黑色護套外表面沿面絕緣電阻（R71-R75）。示意圖中暫不考慮分布電容的影響。

圖6　管母端部分布電路

設備完好的情況下，各絕緣電阻值均很大。當紅色護套與主絕緣間受潮進水后，R51-R55阻值大幅降低，沿面電流增大，介損增大，屏蔽層至導體之間的區域整體溫升偏高，如缺陷一所示。

當紅色護套與黑色外護套間受潮進水后，R61-R65電阻值大幅降低，靠近屏蔽層的紅色護套R25承受大部分的相電壓（≈R25/（R25+∑R6i）），在潮氣與強電場的作用下，容易造成該部分絕緣護套發熱、損壞，出現屏蔽層附近局部過熱，如缺陷二所示。

（4）根據以上分析，紅外測溫時要重點關注每段管母屏蔽層邊沿至導體區域是否有溫升。由于該處是電壓電流致熱型，因此要通過三相溫升對比，以及該區域與整段管母其它部位發熱情況的對比，來判斷是否有異常溫升。整段母線的溫升相差應不超過2 K（參考一般電壓致熱型設備發熱缺陷的判據和管母測溫的經驗），而不同相溫升超過2K時，要引起注意，并分析是由于管母尺寸不一致或者三相電流不平衡造成，還是設備異常造成。

（5）由于主變壓器正常運行時溫升較大，存在管母表面反射主變輻射紅外線，影響管母紅外測溫結果的問題，因此管母紅外測溫時要注意避免。另一方面，管母半徑不一致時，半徑大的一段管母單位散熱面積大，因此散失相同熱量時，溫差較小，即外表面溫升相對較低；而半徑小的一段管母單位散熱面積少，外表面溫升相對較高（見圖7）。因此要綜合分析，并與歷史數據比較，才能作出正確的判斷。

圖7　管母半徑對紅外測溫的影響

（6）管母每段連接處的接頭是電流致熱型，該處發熱是接觸不良引起的，而不是絕緣缺陷（見圖8）。要了解管母的結構，紅外測溫才能做到準確判斷。

圖8　管母接頭發熱

（7）管母制作、施工過程中，需要特別重視防潮措施，加強端部、屏蔽層接地線的密封處理，把好材料與施工工藝質量關。

5 結束語

通過兩起管母典型絕緣缺陷的紅外熱像圖特征分析和解體檢查，歸納總結管母紅外測溫的要求：重點關注管母各段端部至屏蔽層邊沿之間的部位，以及導體引出位置、屏蔽層邊沿位置，通過各相溫升對比，按電流電壓致熱型設備來進行判斷。

通過提高紅外測溫的針對性，以及相間溫升不超過2K的簡易判據，半年時間佛山地區陸續發現三起管母進水受潮缺陷，并及時進行了處理，同期未再發生絕緣擊穿事件，驗證了紅外測溫的有效性。

［1］ 黎 斌，王日新，于 欣，等.創新型電容式復合絕緣母線及套管的研究、應用和發展［J］.高壓電器，2013，49（6）：131-138.

［2］ 鐘定珠，孫 旭，羅志昭.變電站新型絕緣銅管母線［J］.廣東輸電與變電技術，2005（2）：69-70.

［3］ 張北寧.管形絕緣母線和矩形銅排母線性能比較及應用［J］.水電與新能源，2010，92（6）：60-64.

［4］ 關 芳，楊益民.管型屏蔽絕緣母線的應用［J］.中國水能及電氣化，2011，76（5）：59-62.

［5］ 劉錦江，支 峰.試論全絕緣屏蔽銅管母線在變電站中的應用［J］.太原大學學報，2012，13（3）：138-140.

［6］ 陳永武.銅管屏蔽絕緣母線的特點和應用［J］.硫磷設計與粉體工程，2007，81（6）：35-38.

［7］ 張真濤，張 斌，邢文濤，等.變壓器絕緣管母護套燒損故障分析及處理［J］.河南電力，2012（3）：23-24，32.

［8］ 姜慶密，亓富軍，田紀法.復合屏蔽絕緣管母線局部發熱成因及案例處理［J］.電氣技術，2013（9）：53-57.

［9］ 楊 帆，曾 莼，阮 羚，等.中壓交聯電纜接頭復合界面受潮缺陷的診斷方法研究［J］.高壓電器，2014，50（5）：1-5.

［10］ 史濟康，曹 家，袁 檢，等.XLPE電力電纜中間接頭復合介質沿面放電研究［J］.高電壓技術，2001，27（4）：52-58.

［11］ 戴征宇，姜 蕓，羅俊華.預制型電纜附件沿面放電試驗研究［J］.高電壓技術，2002，28（9）：7-8.

［12］ 吳 畏，汪 沨，黃智偉，等.110kV高壓電力電纜中間接頭電場、溫度場的仿真分析［J］.傳感器與微系統，2011，30 （8）：15-17.

［13］ 席義安.“溫差法”判斷電力電纜頭連接故障［J］.有色冶金節能，2008（4）：51-53.

［14］ 張 亮，李軍浩，譚家勇，等.絕緣銅管母線接頭處沿面局部放電特性研究［J］.高壓電器，2013，49（11）：94-98.

［15］ 鄭云海，吳奇寶，何華琴，等.全絕緣管母線局部放電的檢測與分析診斷［J］.絕緣材料，2010，43（4）：63-66.

Study and Application on Infrared Detection Technology in Insulation Defects of Insulated Tube Busbar

ZHANG Jian-neng，HE Yu-qi，HU Xiao-meng
（Guangdong Power Grid Foshan Power Supply Bureau，Foshan 528300，China）

Insulation test and investigation means in insulation defect of insulated tube busbar is deficiency.Two damp defect of insulated tube busbar was found by infrared temperature measurement.Tube busbar damage defects were processed in the field.Principle analysis of insulated tube busbar damp fever with its structure，it is proof that the infrared temperature measurement is the effective means to discover the tube busbar moistened insulation defects. Through special investigation，and found several similar defects，verify the validity of the proposed method.

insulated tube busbar；infrared detection；insulation defects；moistened insulation；temperature difference mothed.

TM206

A

1672-6901（2015）06-0017-05

2015-03-26

張健能（1972-），男，高級工程師.

作者地址：廣東佛山市順德區大良街道同暉路81號［528300］.