变电站全绝缘管型母线运行缺陷分析及改进措施

张涵

摘要

本文對全绝缘管型母线的结构特点和问题缺陷进行了分析，针对一起由全绝缘管母故障引发的变电站主变跳闸，通过现场事故分析和故障管母的解剖，对暴露出的全绝缘管母缺陷进行了研究，并从从制造安装和日常运维等环节提出了针对性改进措施和建议。

【关键词】变电站 管母母线 绝缘缺陷

随着经济社会的发展，变电站容量不断扩大，主变低压侧输送电流也不断增大，载流量大、绝缘性能好的全绝缘管母在变电站中得到了大量广泛的应用。但是由于全绝缘管母结构特点的特殊性，在运行过程中暴露出一些常见的故障隐患，本文分析变压器低压侧绝缘管母的技术优势和存在的问题，从设计、安装、运维等环节提出针对性改进措施，保障绝缘管母运行可靠性。

1 全绝缘管母的结构特点和问题分析

全绝缘管母是统一采用铜管或铝管作导体、外敷绝缘的一种母线产品，在国外被称为“管形电缆”，其结构图如图1所示。全绝缘管母绝缘层是由多重绝缘材料和屏蔽材料相互交替形成的绝缘结构，电位由里及外逐层降低，直到表面电位为零。全绝缘管母绝缘层的类型主要有聚四氟乙烯绕包结构、环氧树脂浇注结构、三元乙丙橡胶三层共挤成型结构。

1.1 技术特点

与传统的矩形铜排母线比较，全绝缘管母具备以下优点：

（1）允许的应力大，跨距较大，可承受的短路电流较大;

（2）圆柱形空心导体决定了其集肤效应系数低，导体的电阻较小，单位面积的载流量大;

（3）电气绝缘性能强，电位从外至里逐渐降低，多重屏蔽层保证了每层绝缘层表面的电荷分布均匀，避免了绝缘层表面产生局部放电，且不受其它相母线的电场和磁场的干扰;

（4）金属屏蔽层处接地电位为零，在现场安装时可以用固定金具直接安装在钢架构上，省去了支撑绝缘子的安装，节省了空间，布局清晰。

1.2 存在的问题分析

全绝缘管母虽然有优良的电气性能和化学稳定性，但由于现场应用还不十分成熟，暴露出问题如下：

（1）全绝缘管母有关的国家和行业标准颁布较晚，直到2017年5月国家能源局才正式颁布实施《35kV及以下固体绝缘管型母线》（DL/T1658-2016），导致长期以来绝缘管母制造过程、安装方式和出厂试验缺乏统一的标准和规范。

（2）全绝缘管母常用于变电站低压侧母线桥，对于中间接头和终端头处的制作工艺要求高，不良工艺容易遗留故障隐患，经过长时间的户外运行，绝缘材料发生老化，一旦发生故障，容易造成与其直接连接的主变和开关柜等设备损毁，造成事故扩大。

（3）全绝缘管母的质量参差不齐，产品的规格型号较多。生产厂家按照自己的惯用方式进行命名或编号，给变电站设计选型和后期运维管理带来困难。

2 典型故障分析

2.1 故障情况

220千伏ZX变电站#1主变35kV侧母线为聚四氟乙烯带绕包式全绝缘铜管型母线。2017年5月8日10点19分，变电站#1主变差动保护动作，三侧开关掉闸。现场检查发现主变35kV侧母线桥B相全绝缘管母有击穿点，开关柜上方B相绝缘管母外护套爆裂，导体有严重烧痕，C相绝缘接头盒落在地面，A、C相导体有烧痕，绝缘护套下方开裂，开关柜上方和地面有金属熔化物。现场解剖三相管母室内接头和B相室外部分接头，发现室外B相管母沿绝缘层有明显贯穿烧黑现象;对A、C相管母开关柜处终端头剖开检查，未发现异常。

2.2 原因分析及处理过程

2.2.1 故障分析

故障发生时，ZX变电站35kV水厂线线路发生C相接地。现场绝缘管母解剖发现，#2主变35kV侧B相母线桥铜导体中间接头处存在直径1cm空洞，在运行放电造成局部绝缘损伤。当35kV水厂线线路发生C相接地时，系统A、B相电压升高至线电压，造成此处绝缘击穿，通过屏蔽层接地，发生BC相接地短路。同时，在短路电流作用下，B相终端头发生爆炸，产生电弧气体，在开关柜上方管母处发展成ABC三相弧光短路，A、C相软连均出现烧熔现象，造成#2主变差动保护动作（#2主变试验数据无异常，拆除35kV套管连接后，重新投入运行）。

调查分析发现，该站35kV系统改造绝缘管母施工时间主要集中在2016年11月，由于负荷压力大，且施工过程中出现了雨雪天气，造成工期紧张。全绝缘管母中间接头制作过程受环境影响较大，在环境温度低、空气湿度大的情况下，制作过程中的绝缘层内部出现杂质、微孔等缺陷，长期运行引发局部放电，最终导致主绝缘击穿。

2.2.2 处理过程

首先将35kV管母与主变软连解除，并用绝缘护套包绕低压套管后主变带110KV负荷恢复运行。经研究分析，根据电网+八项重大反事故措施要求，将全绝缘管型母线桥更换型式为半绝缘管母：拆除母线桥架构上固定全绝缘管母的金具，将管母表面的绝缘层和屏蔽层材料剥离，用绝缘护套进行热缩处理。在架构托架的法兰基座上安装35kV电压等级的支柱绝缘子，将改造后的半绝缘管母置于支柱瓷瓶上并固定，在原穿墙部位加装穿墙套管实现良好绝缘。

3 改进措施及建议

为提升变电站全绝缘管型母线运行可靠性，避免类似故障重复发生，提出以下建议：

（1）加强全绝缘管母制作安装的过程控制。安排专业技术人员在绝缘管母的生产制造环节进行关键点监督，督促厂家严格执行相关工序和工艺，对于绝缘层制作和中间头现场安装等薄弱环节，加强技术监督，确保满足相关标准参数要求。

（2）加强绝缘管母状态监控。运用全方位红外测温等先进带电检测手段，对全绝缘管母在运的变电站定期开展隐患排查，发现数据异常后加强跟踪检测。针对严重以上缺陷及时制定检修策略，避免隐患进一步扩展，造成电网事故。

（3）落实电网反事故措施要求，在新上变电站不再采用全绝缘管母，对于已经投运的加强带电检测，结合现场实际，配合停电开展绝缘管母改造。

4 结语

全绝缘管母与传统矩形母线有优势的同时，其绝缘结构也存在的一定的问题缺陷，若发生故障，直接影响电力系统安全运行。当前亟需在深入分析全绝缘管母常见缺陷的基础上，从设计、生产和制造等环节对标准工艺和产品性能进行优化;在日常运维中，要加强全绝缘管母运行状态监测，确保设备健康运行。

参考文献

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