一起220kV变电站母管接头脱开原因分析及防范措施

2024-05-22江苏利港电力集团余世轩梅海华

电力设备管理 2024年6期

江苏利港电力集团余世轩梅海华

变电站母线在工作中承担汇聚及分配电能的作用，变电站母线的安全稳定运行对电网至关重要。但在实际运行及检修中由于母线较高，常常忽视对变电站母线的监视与维护。严重时可导致母线接头脱开、支撑瓷瓶断裂、母线掉落等重大电网事故。

1 相关基本情况

2022年11月16日13:32分，运行人员巡检发现本厂220kV 升压站Ⅱ母B 相45032与45152间隔上部母线接头脱落，西侧B 相母管受重力下垂约40cm，在风力作用下有小弧度摆动，东侧母管下垂弧度较小，无放电现象如图1所示。立即汇报值长，申请母线停运，转事故处理。17日母管脱开处理结束，恢复正常运行。

本厂220kV 升压站采用双母线单分段E 型布置，Ⅰ、Ⅲ母设4500分断开关，Ⅰ、Ⅱ母，Ⅱ、Ⅲ母设4530/4550母联开关。4台机组输入，12条220kV 线路输出；#1、#2机组容量为350MW，#3、#4机组容量为375MW。#1、#2机为一期机组1991年投产，#3、#4机为二期机组1997年投产，220kV升压站按一二期分两次建设，母线均采用管型结构。二期升压站投运前采用母管异径连接金具将一、二期Ⅱ段母线进行连接。一期升压站母管外径150mm、厚度6mm，二期升压站母管外径165mm、厚度7mm。母管及连接金具均为纯铝材质。一期升压站母线投运31年、二期升压站母线投运25年，期间按周期检修，未做过设备改造。

升压站Ⅱ母总长254m，B 相母线接头脱开处在45032与45152间隔上部，属二期升压站，连接金具长282mm。一、二期母线连接金具均采用half 结构连接。一期升压站母线支撑金具采用单支撑结构，二期母线支撑金具采用双支结构；一期升压站在Ⅱ母中部设置母线膨胀死点，二期升压站母线未设死点。

故障前一二期升压站处于合环运行状态，Ⅰ、Ⅲ母分断开关4500，Ⅰ、Ⅱ母母联开关4530，Ⅱ、Ⅲ母母联开关4550均合闸运行。#3机组处于停机状态，#4机组运行在Ⅲ母，12条出线错开运行至3条母线。由于Ⅰ、Ⅱ母母联开关4530，Ⅱ、Ⅲ母母联开关4550均为合闸状态，Ⅱ母两侧等电位，Ⅱ母B 相母线脱开未发生保护动作跳闸情况。

2 故障后检查情况

2.1 事故后不停电检查情况

调取Ⅱ母检修历史记录：2019年11月，因二期升压站全停更换复合绝缘子的需要，在45032与45152间隔上部对Ⅱ母进行了开断，三相均取下一节母管，工作结束后再恢复。根据现场情况看，此次断开的位置正是上次开断的部位。据工作人员回忆，2019年母管拆除时间在上午，拆除母管两侧half后，拿下母管较轻松，但在下午母管回装时，原母管拆除后的间隙不满足母管装入尺寸，拼接、对头较困难，使用木榔头敲击等方式最终完成安装；查看历年母线检修周期及检修项目：检修周期按3年一次正常开展，检修项目为母线瓷瓶清扫、母线支撑金具完好性检查，鉴于母线接头一般位于带电间隔上方，未开展母线接头检查、紧固工作。

调取升压站自动监控视频(此摄像头具备自动捕捉运动物体功能)，根据查看情况，摄像头捕捉到了母线接头脱开时的过程。母线接头脱开在16日凌晨1点44分03秒，接头脱开时伴有轻微弧光，接头脱开后B 相西侧母管下落，来回上下振荡，振幅逐渐缩小，稳定在40cm 左右。期间未见支撑绝缘子异常，未见母管剧烈移位。现场查看西侧母管由于管线较长并装有软导线而下垂较多，东侧母管由于距离支撑绝缘子较近，下垂较小。

咨询省调，凌晨1点44分，220kV 电网未发生短路、接地等异常情况；调取母线保护信息，未见母差保护启动；望远镜检查升压站Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ母管母均有明显弯曲情况，弯曲方向水平、垂直均有，弯曲部位均在母管接头处。查看2019年以前拍摄的照片记录，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ母母管同样有弯曲情况，两者并无较大差别。

2.2 事故后停电检查情况

停电检查脱开接头情况：接头脱开处东西侧母线中间有136mm 间隙如图1所示，此间隙与母管脱开尺寸相当；母管连接金具与东侧母管相连，与西侧脱开，留在母线上的连接金具螺栓紧固、无松动。西侧母管与金具连接部位光亮，无腐蚀，接触部位有多条波浪状痕迹，宽约20mm、长约130mm，呈90°，“X”形分布如图2所示，痕迹长度与半个连接金具长度匹配。母管及金具连接时涂抹的导电膏无干涩情况。

图2 脱开母管表面情况

检查45152间隔上部Ⅱ母支撑金具三相固定情况，发现母管脱开部位东侧支撑金具安装错误。二期母线支撑金具采用双支结构，双支上部各安装半个half 用于固定母管如图3所示，此half 有两种安装方式，采用公对公、母对母结构时预留母管热胀冷缩间隙，在实际工作时由于工作人员疏忽，拆卸时未做标识，安装时想当然的采用了公对母连接方式，母管被卡死，无法在此处自由滑动，导致在此处设置了Ⅱ母第二死点。在45152间隔上部A/B/C三相的支撑瓷瓶金具均存在此现象。

图3 母管支撑金具弹簧片

母管移位情况：Ⅱ母B 相西侧母线整体向西移位，在西侧端部看B 相母管明显长出A/C 两相20cm 左右。望远镜观察，在B 相西侧母线其余4只支撑绝缘子处有两处母管下部可见明显移动划痕。划痕长约10cm；其他相母管移位情况：通过无人机对管母接头对接情况水平拍照检查（根据对接头half 中部缝隙及两母管对接头间的缝隙透光情况可判断母管在接头内部位移情况），未见A/B/C 相其他接头有位移现象，其他两相母管未见整体移位，但部分母管下部仍有移位划痕，划痕长度约3cm。

母管支撑金具检查情况：对所有一厂、二厂Ⅱ母支撑金具绝缘子进行检查，一厂单支撑结构金具未见异常，发现二厂Ⅱ母B 相最西侧支撑金具西部支腿断裂，母管下部划痕较深，面积较大。二厂绝缘子支撑金具为美国生产，型号EH-1176，VSBC-S-5FRANKEL(8400)，材质为铝镁合金。此金具断裂后采用焊接方式不能修复。

支柱瓷瓶受力情况：松动Ⅱ母最西侧A/B/C三相支撑金具连接，发现所有三相支柱瓷瓶均有2～3cm 移位，支柱瓷瓶有明显受力现象；检查下部有划痕的母管支撑金具，发现部分金具下部支撑弹簧缺失如图3所示。有支撑弹簧的金具，母管无划痕，无支撑弹簧金具支撑的母管下部划痕明显。特别Ⅱ母B 相最西侧金具两只支腿中东侧支腿完全断开，西侧单支腿受力较大，划痕最深。

3 事故原因分析及处理措施

3.1 事故原因分析

由于母线间隙正好与脱开长度一致，运行中未发生大电流等异常现象，调看视频，母线接头脱开时支撑瓷瓶无明显晃动，脱开瞬间电弧微弱。排除母管受大电磁力而移位的可能；由于脱开处接头金具与西侧母管连接紧固，结合东侧脱开母管分断式波纹凹凸不平的现象，可以排除金具安装时因回装困难未连接紧固的可能；根据东侧脱开母管分断式波纹凹凸不平的现象，考虑到脱开时间在凌晨1点半左右，正是寒潮来临温度最低的时候，接头脱开应与母线热胀冷缩有关。

母线正常运行时，母管应有且只有一个死点，此死点应设置在母线中部[1]，两侧母管应能自由滑动，在母管长年运行过程中，每天、每年均随着温度热胀冷缩，升温时胀出，降温时缩回。死点位置不变。母管接头脱落是因为母管热胀冷缩所致[2]。本厂Ⅱ段母线已运行25年，母管与支撑金具间的滑动部位缺少润滑，双支结构摩擦点相比单支结构更多，常年热胀冷缩下母管与金具间的划痕逐渐变深，摩擦系数逐年变大，特别在未正常使用金具内嵌弹簧的情况下问题更严重。在大摩擦力的作用下导致Ⅱ母B 相最西侧支撑金具断裂，更加剧了母管在支撑金具中滑动的助力。

由于在2019年使用磨光机处理接头后降低了母管表面的摩擦力，导致half 接头紧力下降，此紧力小于母管在金具中滑动回缩的摩擦力，在多次热胀冷缩后，母管接头处开始逐步脱开，升温时向西胀出，降温时不能完全缩回，在下个升温周期时母线连接金具由于重力作用顶住东侧母管上沿，继续将西侧母管顶住，故在东侧母管上留下了波浪式凹凸不平的痕迹。最终在2022年11月16日凌晨1点多最冷的时间段，母管收缩达到最大值时脱开。

3.2 事故处理措施

对2019年动过的部位进行全面检查。抽查45182、40042间隔上方母线接头紧固情况；更换Ⅱ母最西侧损坏金具，更换所有底部无滑移弹簧的金具。母管底部划痕打磨干净，涂抹少许凡士林润滑；鉴于整个母管无法移动，在脱开处内嵌一50cm 长与原母管内径尺寸适配的铝管，采用焊接方法连接后使用；所有母线支撑金具普查，检查是否存在裂纹等隐性缺陷；母线瓷瓶根部进行超声波探伤，防止热胀冷缩瓷瓶受横向力过大损伤。

3.3 变电站母管过长带来的隐患

变电站母管过长主要的隐患来源于母管热胀冷缩；铝的膨胀系数为0.0000236mm/℃。250m 的长母管，按一年冷热温差变化50℃计算，膨胀长度为250×1000×50×0.0000236=295mm，即30cm。由于每天均有温差变化，故母管每天都有伸缩变化；热胀冷缩将破坏母管平直度，出现弯曲、扭动，各接头承受较大弯曲应力；热胀冷缩导致母管支撑部位反复摩擦，由于位移量大，反复摩擦导致接触面表面粗糙度逐步增加，受力将越来越严重[3]。

由于摩擦阻力的增大将导致作用在母管支撑瓷瓶根部受到很大横向力，很可能导致瓷瓶根部折断。母线掉落；由于弯曲应力、摩擦阻力增大，母管金具将受到较大应力，严重时将出现金具断裂；由于各点摩擦阻力不一，如出现多个死点可能导致接头脱开、放电。严重情况可导致母差保护动作跳闸。

3.4 后续防范措施

在母管东西两侧及中部各选3处部位刷上标尺，定期巡检记录标尺位置，防止母管再次异常脱开；定期关注母管弯曲变形程度，检修时打开接头，检查摩擦表面，必要时进行润滑；检修期间检查、评估支柱瓷瓶受力情况，定期开展瓷瓶探伤[4]；检修期间增加母线支撑金具完好情况检查项目。摩擦表面较粗糙度的进行更换；对母管进行分断，采用软连接式母线支撑金具，分断处采用铝绞线连接，每段重新设置膨胀死点。