全絕緣管型母線運(yùn)行故障分析與預(yù)防措施

國(guó)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(fù)基小學(xué) 李瓊霞

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于電力供應(yīng)的要求也越來(lái)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(wèn)題。電力系統(tǒng)中傳統(tǒng)導(dǎo)體結(jié)構(gòu)采用矩形截面的銅導(dǎo)體，此種結(jié)構(gòu)相對(duì)圓形截面，在同樣截面積下，其比圓形截面周長(zhǎng)要長(zhǎng)，散熱面積大，消耗金屬量少，但不適用大電流運(yùn)行工況，同時(shí)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(shè)計(jì)、建設(shè)中，變電站占地面積越來(lái)越小，電能輸送功率越來(lái)越大，110kV、220kV設(shè)備普遍開(kāi)始應(yīng)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(dǎo)體結(jié)構(gòu)也逐漸開(kāi)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(dǎo)體、外敷絕緣的一種母線產(chǎn)品，以其載流量大、集膚效應(yīng)低、散熱條件好、機(jī)械強(qiáng)度高、安裝方便等優(yōu)勢(shì)逐漸應(yīng)用到電力生產(chǎn)中[1-2]。

在國(guó)際上，較為成熟的絕緣管型母線技術(shù)最早集中在歐洲國(guó)家，如德國(guó)、瑞士等，但我國(guó)起步較晚，在行業(yè)中也缺乏相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝以及運(yùn)維檢修環(huán)節(jié)缺少系統(tǒng)性管理[3]。以至于在生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)多次故障，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行以及電能供應(yīng)可靠性，導(dǎo)致電力系統(tǒng)對(duì)絕緣管型母線技術(shù)持懷疑態(tài)度。文中結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中絕緣管型母線出現(xiàn)的故障，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查、解體分析，以及現(xiàn)場(chǎng)安裝情況，找出設(shè)備發(fā)生故障的原因，為絕緣管型母線的應(yīng)用提供參考，并制定相應(yīng)的預(yù)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(dǎo)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(guò)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(lèi)，環(huán)氧樹(shù)脂浸澆注類(lèi)、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(duì)環(huán)氧樹(shù)脂浸澆注管型母線進(jìn)行分析。

環(huán)氧樹(shù)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(fù)合屏蔽絕緣母線，母線內(nèi)部為中空，其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與電力電纜類(lèi)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(shí)的長(zhǎng)度有限，當(dāng)長(zhǎng)度不夠時(shí)，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(guò)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(shè)有均壓用的電容屏，使得屏蔽筒內(nèi)的軸向和徑向場(chǎng)強(qiáng)均勻，沿整個(gè)屏蔽筒全長(zhǎng)外設(shè)有接地屏，接地屏外設(shè)有防護(hù)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(chǎng)安裝工藝等影響，其對(duì)密封性、絕緣材料的要求較高，稍有不慎將導(dǎo)致在生產(chǎn)實(shí)際中出現(xiàn)運(yùn)行故障，損壞設(shè)備，影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，下面針對(duì)電力生產(chǎn)實(shí)際情況的事件進(jìn)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(yùn)行僅半年事件，便出現(xiàn)拉弧放電現(xiàn)象，隨即對(duì)其停電檢查。在現(xiàn)場(chǎng)將屏蔽筒拆除后，發(fā)現(xiàn)B相管型母線對(duì)有抱箍放電痕跡，銅排軟連接部分可見(jiàn)明顯銅綠，分析為屏蔽筒受潮導(dǎo)致。

在該全絕緣管型母線運(yùn)行期間，就已通過(guò)紅外測(cè)溫儀發(fā)現(xiàn)B相較A、C兩相溫度高2K，同時(shí)發(fā)現(xiàn)管型母線對(duì)金屬抱箍放電。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)B相管母解體檢查，將屏蔽筒拆除后，發(fā)現(xiàn)B相管母對(duì)抱箍放電痕跡。接頭內(nèi)部A、B相的兩側(cè)管母線外護(hù)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(shí)B相接頭內(nèi)部的接線板及軟連接表面可見(jiàn)明顯銅綠。

實(shí)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(guò)程中，若膠帶存在壓接不嚴(yán)、不平整，潮氣便能透過(guò)微小縫隙進(jìn)入屏蔽筒，而屏蔽筒兩側(cè)無(wú)空氣對(duì)流，更易在管母線外護(hù)套表面形成凝露，導(dǎo)致B相母線外護(hù)套累積了大量水分，且長(zhǎng)期受潮導(dǎo)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(hù)套表面凝露嚴(yán)重，絕緣降低，并在運(yùn)行過(guò)程中形成表面爬電，最終對(duì)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(dǎo)致在運(yùn)行中發(fā)熱現(xiàn)象，溫差竟達(dá)40K。

同樣對(duì)該管母屏蔽筒進(jìn)行拆除、解體。在拆除屏蔽筒兩端密封材料的過(guò)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(wú)異常的屏蔽筒，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，管母中間連接處的密封是在現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致潮氣進(jìn)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(dòng)聚集在屏蔽筒的下方，使屏蔽筒絕緣材料的性能下降，對(duì)地泄漏電流增大，導(dǎo)致屏蔽筒內(nèi)異常發(fā)熱，并在運(yùn)行電壓持續(xù)作用下，金屬導(dǎo)體沿屏蔽筒內(nèi)部形成爬電路徑，使接頭處通過(guò)管母外護(hù)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(guò)大，使得絕緣性能下降，在運(yùn)行電壓持續(xù)作用下，以致絕緣擊穿，最終導(dǎo)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(chǎng)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(yán)重。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析，管型母線銅導(dǎo)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(duì)于安裝時(shí)的彎曲半徑?jīng)]有明確技術(shù)要求，在現(xiàn)場(chǎng)安裝施工過(guò)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(dǎo)致管型母線彎曲半徑過(guò)大。從現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量尺寸來(lái)看，該絕緣管型母線的彎曲半徑為銅導(dǎo)體外徑的5倍，而參照與其結(jié)構(gòu)類(lèi)似的交聯(lián)聚乙烯電力電纜彎曲半徑要求：無(wú)鎧裝35kV及以下電壓等級(jí)單芯電纜敷設(shè)時(shí)要求值為20d，即該管母線的彎曲半徑需達(dá)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(yīng)是由于對(duì)彎曲部位的工藝控制不良，彎曲半徑過(guò)小，導(dǎo)致出廠時(shí)已出現(xiàn)絕緣損傷，在運(yùn)行電壓的作用下，管型母線絕緣性能逐漸下降，并最終導(dǎo)致絕緣擊穿故障。

3 預(yù)防措施

絕緣管型母線以其本身的功能特點(diǎn)在電力生產(chǎn)中獲得了應(yīng)用，但由于其在設(shè)計(jì)、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中各種因素影響，尤其是現(xiàn)場(chǎng)施工不規(guī)范，導(dǎo)致留下隱患，以至于在運(yùn)行中發(fā)生故障，如絕緣結(jié)構(gòu)受潮、絕緣結(jié)構(gòu)過(guò)度彎曲損壞絕緣，最終導(dǎo)致電力生產(chǎn)受到影響。

在文中，主要針對(duì)全絕緣管型母線屏蔽筒受潮以及管型母線彎曲半徑過(guò)大兩種情況進(jìn)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(yán)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(shì)，降低其帶隱患運(yùn)行可能性，需要加強(qiáng)管控環(huán)節(jié)，從而提升管型母線運(yùn)行狀態(tài)。

在設(shè)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(lèi)似結(jié)構(gòu)，如電力電纜的設(shè)備安裝標(biāo)準(zhǔn)，制定明確的安裝方案，嚴(yán)格管控安裝質(zhì)量。尤其對(duì)于屏蔽筒安裝時(shí)，要使用防水材質(zhì)的管型母線外護(hù)套，在管型母線連接處，確保母線套筒密封嚴(yán)實(shí)，防止內(nèi)部受潮積水，引發(fā)故障。在管型母線投運(yùn)前開(kāi)展的交接試驗(yàn)，不僅限于絕緣電阻、交流耐壓試驗(yàn)，還要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，確保其在1.2Um試驗(yàn)電壓下，環(huán)氧樹(shù)脂澆注型局部放電量不超過(guò)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(guò)20pC，加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè)手段。在管型母線投入運(yùn)行后，要加強(qiáng)對(duì)管型母線運(yùn)維巡視，利用紅外精確測(cè)溫、特高頻局放檢測(cè)等帶電檢測(cè)手段，及時(shí)掌握管型母線的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)匯報(bào)，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(shì)，在電力系統(tǒng)中主變壓器10kV以及35kV母線側(cè)逐漸引入應(yīng)用，但由于該結(jié)構(gòu)產(chǎn)品對(duì)設(shè)計(jì)、運(yùn)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(yùn)行情況。文中通過(guò)生產(chǎn)實(shí)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(yīng)預(yù)防措施，為今后的管型母線應(yīng)用提供參考。