復(fù)合屏蔽絕緣管母線局部發(fā)熱成因及案例處理

姜慶密 亓富軍 田紀(jì)法

(山東臨沂供電公司，山東 臨沂 276003)

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)的快速、穩(wěn)步增長，企業(yè)、居民用電量呈直線上升，各電壓等級變電站的主變低壓側(cè)出線電流變得越來越大；常規(guī)母線在技術(shù)上和結(jié)構(gòu)上越來越難滿足母線發(fā)熱和短路電動力的要求，電力部門越來越需要一種載流量大、安全系數(shù)高的導(dǎo)電產(chǎn)品來代替原有的矩形母線。近年來，管型絕緣母線產(chǎn)品在國內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的推廣，產(chǎn)品被應(yīng)用到電力、水利等多個行業(yè)和領(lǐng)域。該產(chǎn)品因其高可靠性、經(jīng)濟(jì)性、方便性深受用戶的歡迎。在實際工程中廣泛應(yīng)用，獲得了良好的效果。

1 復(fù)合屏蔽絕緣管母線結(jié)構(gòu)特點及在臨沂電網(wǎng)的運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 復(fù)合屏蔽絕緣管母線的結(jié)構(gòu)與特點

復(fù)合屏蔽管型絕緣母線的絕緣結(jié)構(gòu)如圖 1所示，其既具有電纜的特點，同時又具有離相封閉母線載流量大的特點，因而其使用范圍非常廣泛，不僅可以在戶外、戶內(nèi)架空鋪設(shè)，同時也可以在電纜溝、電纜夾層、電纜隧道、墻壁上鋪設(shè)。在國外，同類的母線產(chǎn)品也被稱之為管型電纜。

圖1 復(fù)合屏蔽絕緣管母線結(jié)構(gòu)圖

1.2 臨沂電網(wǎng)管母線運(yùn)行現(xiàn)狀

截止到2012年底，臨沂供電公司共有14座變電站低壓母線采用復(fù)合屏蔽管母線對用戶進(jìn)行供電。為變電站的安全運(yùn)行、提高供電的可靠性、降低能源損耗等起到了積極的作用。但在實際運(yùn)行中也出現(xiàn)了多起局部發(fā)熱、絕緣層燃燒問題，發(fā)熱點多為管母線終端接頭處、中間接頭處、導(dǎo)線線夾連接處及軟連接與母線搭接處等。

1）案例一

2011-12-21：220kV相公站#3主變10kV側(cè)管母線橋中間接頭處發(fā)熱，致使A相母線絕緣層因過熱而燃燒。

2）案例二

2011-05-08：經(jīng)檢查臨沂站#1主變35kV管母線高壓室進(jìn)線處A、B、C三相均有灼傷痕跡，其中A、B相較嚴(yán)重，C相略輕。

另經(jīng)檢查臨沂站#1主變35kV管母線避雷器引線接口處 A、B、C三相均有灼傷痕跡，較 5月 8日巡查時情況更嚴(yán)重。

臨沂站#2主變35kV管母線高壓室進(jìn)線處A、B、C三相均有灼傷痕跡；35kV管母線避雷器引線接口處，A、B、C三相有輕微灼傷痕跡。

3）案例三

2011-08-18：程莊站35kV311沈程線A相進(jìn)線處與管母線銜接部分絕緣層因發(fā)熱擊穿。35kV沈程線進(jìn)線處有放電發(fā)黑、灼傷痕跡，其中A相較為嚴(yán)重，有燒壞痕跡。

圖5 程莊站311沈程線進(jìn)線與35kV管母線搭接處

另經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)程莊站#1主變和#2主變跨橋軟連接與母線搭接處B相的絕緣套盒也有放電發(fā)黑痕跡，如圖6所示。

圖6 程莊＃1、2主變與35kV管母線跨接處

2 相公站10kV復(fù)合屏蔽絕緣管母線發(fā)熱燃燒現(xiàn)場檢查情況

現(xiàn)以案例1為例介紹一下現(xiàn)場檢查處理情況，20日 01：35，檢修人員到達(dá)現(xiàn)場。地面觀察管母線絕緣損傷長度約1.5m，損傷部位距西側(cè)的10kV管母線避雷器約為 20cm，距東側(cè)屏蔽層接地點約為15cm。外絕緣層已燒損，主絕緣層破壞嚴(yán)重，中間部位可以直接看到銅質(zhì)管母導(dǎo)體,現(xiàn)場地面散落絕緣層燒焦碎片。

相公站10kV管母線損傷情況如下：

1）該段管母線外部兩層環(huán)氧樹脂絕緣均存在不同程度的燒傷破損，透過燒損位置可看到外絕緣層內(nèi)部緩沖帶、鋁箔紙屏蔽層、聚四氟乙烯纏繞帶及半導(dǎo)電帶等均已嚴(yán)重?zé)龘p，中間部位可以直接看到銅質(zhì)管母導(dǎo)體。

圖7 相公站10kV管母線現(xiàn)場燒傷情況示意圖1

圖8 相公站10kV管母線現(xiàn)場燒傷情況示圖2

2）逐層剝離管母線各絕緣層發(fā)現(xiàn)，主絕緣聚四氟乙烯層纏繞工藝粗糙，且有明顯放電點。導(dǎo)體表面有灼燒水印痕跡，且形成放電小坑洞。

圖9 相公站10kV管母線局部放電擊穿點

圖10 相公站10kV管母線放電形成小坑洞及水印

3 相公站10kV復(fù)合屏蔽絕緣管母線缺陷處理過程

1）對損傷管母線外部的環(huán)氧樹脂絕緣層（外層護(hù)套），鋁箔紙屏蔽層（接地屏蔽層），均壓層及緩沖帶、半導(dǎo)電帶、聚四氟乙烯等組成的主絕緣層等部分進(jìn)行逐層切割剝離，檢查管母線導(dǎo)體放電情況，用砂紙將導(dǎo)體表面打磨光滑，用酒精及無毛布將其擦拭干凈，下圖為擦拭后的母線導(dǎo)體示意圖。

圖11 相公站10kV管母線燒傷現(xiàn)場設(shè)備情況

2）對損傷管母線西側(cè)（靠近管母避雷器側(cè)）切割邊緣進(jìn)行仔細(xì)倒角修割，使搭接邊緣能夠平滑過渡。

3）對距損傷管母線邊緣東20cm的絕緣進(jìn)行了處理。切除外絕緣層，解除管母線屏蔽層接地線，保留主絕緣層做為緩沖地帶。確保導(dǎo)體與屏蔽層之間保持足夠的橫向絕緣距離，并用絕緣材料進(jìn)行纏繞包扎。

4）導(dǎo)體表面及邊緣搭接邊沿處理好后，用10kV電纜頭專用半導(dǎo)體纏繞帶對損傷段管母線進(jìn)行半包圍纏繞一層，后進(jìn)行全包圍纏繞一層，纏繞層外用PVC絕緣膠帶進(jìn)行密封纏繞。緩沖絕緣帶外部用一層10kV電纜頭專用絕緣帶加固，后再纏繞一層PVC絕緣膠帶。

圖13 相公站10kV管母線燒傷修復(fù)情況示意圖

4 原因分析

復(fù)合屏蔽絕緣管母線主絕緣材料為聚四氟乙烯，采用同軸電容分壓原理。該原理的絕緣處理典型流程為：管母線導(dǎo)體以半包圍方式纏繞一層半導(dǎo)電帶，然后依次纏繞聚四氟乙烯帶和半導(dǎo)電帶，主絕緣層結(jié)構(gòu)為：半導(dǎo)電帶——聚四氟乙烯帶——半導(dǎo)電帶……聚四氟乙烯帶——半導(dǎo)電帶。其中聚四氟乙烯帶為絕緣材料，半導(dǎo)電帶為容性絕緣屏蔽層，兩者為一層，共需依次纏繞五層構(gòu)成主絕緣層。每層厚度約為1.1mm，承受電壓2kV左右。主絕緣層外依次纏繞鋁箔屏蔽層（引出接地）、聚四氟乙烯帶，最外層由兩層環(huán)氧樹脂外絕緣層包裹。這種結(jié)構(gòu)的全絕緣管母線具備載流量大、集膚效應(yīng)低、功率損耗小、機(jī)械強(qiáng)度高等優(yōu)點。

現(xiàn)場逐層剝離過程中發(fā)現(xiàn)，主絕緣層中的半導(dǎo)電帶和聚四氟乙烯帶未依次間隔纏繞，而是采用“半導(dǎo)電帶——多層聚四氟乙烯——半導(dǎo)電帶”結(jié)構(gòu)，且纏繞工藝粗糙。絕緣效果由聚四氟乙烯帶的厚度決定，未起到同軸電容分壓效果，使得主絕緣層分壓不均勻，形成對屏蔽層緩慢局部放電。

經(jīng)了解母線施工時工作人員，此管母線安裝時空氣濕度非常大。安裝過程中，潮氣被密封到主絕緣層及管母線表面，局部放電時密封的潮濕空氣受熱膨脹，主絕緣層受到擠壓出現(xiàn)破裂，在長時間的運(yùn)行過程中，外部水汽又不斷通過裂縫滲入到主絕緣層及管母線表面，使主絕緣層不斷緩慢受潮，加劇了局部放電效應(yīng)，惡性積累終于導(dǎo)致絕緣擊穿、著火。

復(fù)合屏蔽絕緣管母線連接部位溫升過高，主要原因是母線接口處理工藝粗糙，再加上施工時外防護(hù)層密封性能差，水分進(jìn)入后造成對屏蔽接地層放電，損壞管母線絕緣。

由此可知，母線連接部位接口處理工藝粗糙，主絕緣層結(jié)構(gòu)不合理、安裝工藝不達(dá)標(biāo)是這類事故三大主要原因。

5 復(fù)合屏蔽絕緣管母線其他各類局部過熱種類及處理分析

5.1 放電線夾處放電

由案例二圖3所示知，臨沂站#1主變35kV管母線避雷器引線接口處A、B、C三相均有灼傷痕跡，其原因系放電線夾對包覆熱縮管放電所致。由于無法對放電線夾進(jìn)行密實包覆，即使用絕緣熱縮帶纏繞，也很難保證沒有空氣及不會進(jìn)水。此種情況建議距放電線夾左右各 20cm處不做絕緣處理，裸露布置并做防銹處理；距放電線夾各 20cm處的絕緣層做好防水措施，起到緩沖作用。

5.2 終端頭處放電

由案例二圖 2、圖 4所示，臨沂站#1、2主變35kV管母線高壓室進(jìn)線終端頭處A、B、C三相均有灼傷痕跡。

圖2 臨沂站＃1主變35kV管母線橋B相終端處

圖3 臨沂站＃1主變35kV側(cè)管母線與避雷器引線搭接處

圖4 臨沂站＃1主變35kV管母線橋終端高壓室進(jìn)線處

臨沂站#1、2號主變35kV管母線高壓室進(jìn)線終端頭處發(fā)熱原因系終端頭的包覆絕緣工藝粗糙、密封不嚴(yán)，造成潮氣進(jìn)入。且終端頭附近有10kV母線的屏蔽接地點，此處場強(qiáng)畸變嚴(yán)重，當(dāng)內(nèi)部絕緣層內(nèi)有空氣或水分時就會導(dǎo)致局部放電，對絕緣造成破壞。此類局部發(fā)熱情況建議將屏蔽接地點后移，留下足夠長度的緩沖地帶，且做好防水密封處理；對終端頭壓接處20cm內(nèi)不做絕緣處理，裸露布置并做防銹處理；距終端頭壓接處20cm的絕緣位置做好細(xì)節(jié)處理和防水密封。

5.3 軟連接與母線搭接處放電

案例三圖6所示，為程莊站#1主變和#2主變跨橋軟連接與母線搭接處B相的絕緣套盒也有放電發(fā)黑痕跡。

程莊#1、2號主變35kV管母線跨接處發(fā)熱原因有3種情況可導(dǎo)致絕緣損壞：①軟連接與母線搭接處松動，運(yùn)行發(fā)熱所致；②軟連接與母線搭接處有污垢，發(fā)生局部放電；③螺絲上有尖端或螺絲過長，造成尖端放電。針對此類局部發(fā)熱情況建議清理干凈后重啟擰緊螺絲。如果有必要可重新?lián)Q較短的螺絲。

6 防范措施

1）加強(qiáng)現(xiàn)場施工工藝管控。在設(shè)備安裝之處，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，實行全員、全方位、全過程管理，把設(shè)備隱患消除在初始階段。

（1）對于導(dǎo)體外表，銅管端部要作倒圓角處理，通關(guān)端部連接面應(yīng)鍍銀或搪錫，確保具有較低的接觸電阻及防腐蝕功能。

（2）中間接頭部分絕緣管母線接頭應(yīng)能滿足流通和溫升要求，接頭處的絕緣結(jié)構(gòu)形式和管型母線相同，并確保接頭處的絕緣外表電位為零，以保證運(yùn)行維護(hù)的安全。

（3）管母線端部鍍銀處理后，宜采用大截面銅套把母線兩端牢牢箍住，使母線在連接好后始終保持中間空心部位全相貫通，利于通風(fēng)散熱。這樣因接觸電阻小，接觸面大，接觸性能良好，散熱條件好，使得管母線連接部位溫升低于導(dǎo)體溫升。

（4）對于終端接頭要求絕緣銅管型母線與設(shè)備之間采用銅質(zhì)軟連接方式。

管母線終端頭與設(shè)備相連接，只需直接鍍銀伸縮節(jié)把母線與設(shè)備兩端相連即可，無需采用其他駁接金具，這樣接觸電阻大大減少，所用軟連接的截面宜大于導(dǎo)體截面的1.25倍，這樣使得終端連接部位單位截面載流密度小，從而使接頭部位溫升低于導(dǎo)體溫升。

（5）對于接地要求整相絕緣管母線接地電容屏必須全部可靠接地，包裹中間接頭處的屏蔽絕緣套管，接地方式未一點接地，避免絕緣管型母線的接地線因多點接地而產(chǎn)生環(huán)流，保證外層接地屏滿足人體能安全觸摸的要求，金屬外護(hù)層也必須可靠接地。

2）結(jié)合各種停電機(jī)會，對絕緣管母線加強(qiáng)絕緣檢測和交流耐壓試驗，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

3）施工時，應(yīng)選擇晴好天氣，有條件的要檢測空氣濕度，盡量為設(shè)備安裝后的運(yùn)行創(chuàng)造良好的條件。

4）應(yīng)加強(qiáng)管母線的日常在線放電檢測工作，目前多采用超聲波檢測法和超高頻檢測法測量全絕緣管母線局部放電。

7 結(jié)論

根據(jù)臨沂電網(wǎng)復(fù)合屏蔽絕緣管母線運(yùn)行經(jīng)驗，此類缺陷多發(fā)生在設(shè)備投入運(yùn)行一年內(nèi)，放電灼傷過熱痕跡均發(fā)生在設(shè)備接口交界處，母線局部過熱的主要原因是設(shè)備接口處理工藝粗糙，使得連接部位溫升過高損壞設(shè)備絕緣，造成母線密封性能進(jìn)一步變差，外部水分進(jìn)入后造成對屏蔽接地層放電，隨著破壞的積聚最終造成管母線絕緣層擊穿或燃燒。運(yùn)行實踐同時表明經(jīng)采取上述反措后，臨沂電網(wǎng)母線局部發(fā)熱、絕緣擊穿的狀況得到了明顯扼制，取得了良好運(yùn)行效果。

[1] GB50150-2006.電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn).

[2] GB311.1-1997.高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合.

[3] GB50149-2010.電氣裝置安裝工程 母線裝置施工及驗收規(guī)范.

[4] GB/T8349-2000.金屬封閉母線.

[5] 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).