變電站全絕緣管型母線運行缺陷分析及改進措施

張涵

摘要

本文對全絕緣管型母線的結構特點和問題缺陷進行了分析，針對一起由全絕緣管母故障引發(fā)的變電站主變跳閘，通過現(xiàn)場事故分析和故障管母的解剖，對暴露出的全絕緣管母缺陷進行了研究，并從從制造安裝和日常運維等環(huán)節(jié)提出了針對性改進措施和建議。

【關鍵詞】變電站 管母母線 絕緣缺陷

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，變電站容量不斷擴大，主變低壓側輸送電流也不斷增大，載流量大、絕緣性能好的全絕緣管母在變電站中得到了大量廣泛的應用。但是由于全絕緣管母結構特點的特殊性，在運行過程中暴露出一些常見的故障隱患，本文分析變壓器低壓側絕緣管母的技術優(yōu)勢和存在的問題，從設計、安裝、運維等環(huán)節(jié)提出針對性改進措施，保障絕緣管母運行可靠性。

1 全絕緣管母的結構特點和問題分析

全絕緣管母是統(tǒng)一采用銅管或鋁管作導體、外敷絕緣的一種母線產(chǎn)品，在國外被稱為“管形電纜”，其結構圖如圖1所示。全絕緣管母絕緣層是由多重絕緣材料和屏蔽材料相互交替形成的絕緣結構，電位由里及外逐層降低，直到表面電位為零。全絕緣管母絕緣層的類型主要有聚四氟乙烯繞包結構、環(huán)氧樹脂澆注結構、三元乙丙橡膠三層共擠成型結構。

1.1 技術特點

與傳統(tǒng)的矩形銅排母線比較，全絕緣管母具備以下優(yōu)點：

（1）允許的應力大，跨距較大，可承受的短路電流較大;

（2）圓柱形空心導體決定了其集膚效應系數(shù)低，導體的電阻較小，單位面積的載流量大;

（3）電氣絕緣性能強，電位從外至里逐漸降低，多重屏蔽層保證了每層絕緣層表面的電荷分布均勻，避免了絕緣層表面產(chǎn)生局部放電，且不受其它相母線的電場和磁場的干擾;

（4）金屬屏蔽層處接地電位為零，在現(xiàn)場安裝時可以用固定金具直接安裝在鋼架構上，省去了支撐絕緣子的安裝，節(jié)省了空間，布局清晰。

1.2 存在的問題分析

全絕緣管母雖然有優(yōu)良的電氣性能和化學穩(wěn)定性，但由于現(xiàn)場應用還不十分成熟，暴露出問題如下：

（1）全絕緣管母有關的國家和行業(yè)標準頒布較晚，直到2017年5月國家能源局才正式頒布實施《35kV及以下固體絕緣管型母線》（DL/T1658-2016），導致長期以來絕緣管母制造過程、安裝方式和出廠試驗缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范。

（2）全絕緣管母常用于變電站低壓側母線橋，對于中間接頭和終端頭處的制作工藝要求高，不良工藝容易遺留故障隱患，經(jīng)過長時間的戶外運行，絕緣材料發(fā)生老化，一旦發(fā)生故障，容易造成與其直接連接的主變和開關柜等設備損毀，造成事故擴大。

（3）全絕緣管母的質量參差不齊，產(chǎn)品的規(guī)格型號較多。生產(chǎn)廠家按照自己的慣用方式進行命名或編號，給變電站設計選型和后期運維管理帶來困難。

2 典型故障分析

2.1 故障情況

220千伏ZX變電站#1主變35kV側母線為聚四氟乙烯帶繞包式全絕緣銅管型母線。2017年5月8日10點19分，變電站#1主變差動保護動作，三側開關掉閘。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主變35kV側母線橋B相全絕緣管母有擊穿點，開關柜上方B相絕緣管母外護套爆裂，導體有嚴重燒痕，C相絕緣接頭盒落在地面，A、C相導體有燒痕，絕緣護套下方開裂，開關柜上方和地面有金屬熔化物。現(xiàn)場解剖三相管母室內接頭和B相室外部分接頭，發(fā)現(xiàn)室外B相管母沿絕緣層有明顯貫穿燒黑現(xiàn)象;對A、C相管母開關柜處終端頭剖開檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.2 原因分析及處理過程

2.2.1 故障分析

故障發(fā)生時，ZX變電站35kV水廠線線路發(fā)生C相接地。現(xiàn)場絕緣管母解剖發(fā)現(xiàn)，#2主變35kV側B相母線橋銅導體中間接頭處存在直徑1cm空洞，在運行放電造成局部絕緣損傷。當35kV水廠線線路發(fā)生C相接地時，系統(tǒng)A、B相電壓升高至線電壓，造成此處絕緣擊穿，通過屏蔽層接地，發(fā)生BC相接地短路。同時，在短路電流作用下，B相終端頭發(fā)生爆炸，產(chǎn)生電弧氣體，在開關柜上方管母處發(fā)展成ABC三相弧光短路，A、C相軟連均出現(xiàn)燒熔現(xiàn)象，造成#2主變差動保護動作（#2主變試驗數(shù)據(jù)無異常，拆除35kV套管連接后，重新投入運行）。

調查分析發(fā)現(xiàn)，該站35kV系統(tǒng)改造絕緣管母施工時間主要集中在2016年11月，由于負荷壓力大，且施工過程中出現(xiàn)了雨雪天氣，造成工期緊張。全絕緣管母中間接頭制作過程受環(huán)境影響較大，在環(huán)境溫度低、空氣濕度大的情況下，制作過程中的絕緣層內部出現(xiàn)雜質、微孔等缺陷，長期運行引發(fā)局部放電，最終導致主絕緣擊穿。

2.2.2 處理過程

首先將35kV管母與主變軟連解除，并用絕緣護套包繞低壓套管后主變帶110KV負荷恢復運行。經(jīng)研究分析，根據(jù)電網(wǎng)+八項重大反事故措施要求，將全絕緣管型母線橋更換型式為半絕緣管母：拆除母線橋架構上固定全絕緣管母的金具，將管母表面的絕緣層和屏蔽層材料剝離，用絕緣護套進行熱縮處理。在架構托架的法蘭基座上安裝35kV電壓等級的支柱絕緣子，將改造后的半絕緣管母置于支柱瓷瓶上并固定，在原穿墻部位加裝穿墻套管實現(xiàn)良好絕緣。

3 改進措施及建議

為提升變電站全絕緣管型母線運行可靠性，避免類似故障重復發(fā)生，提出以下建議：

（1）加強全絕緣管母制作安裝的過程控制。安排專業(yè)技術人員在絕緣管母的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)進行關鍵點監(jiān)督，督促廠家嚴格執(zhí)行相關工序和工藝，對于絕緣層制作和中間頭現(xiàn)場安裝等薄弱環(huán)節(jié)，加強技術監(jiān)督，確保滿足相關標準參數(shù)要求。

（2）加強絕緣管母狀態(tài)監(jiān)控。運用全方位紅外測溫等先進帶電檢測手段，對全絕緣管母在運的變電站定期開展隱患排查，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常后加強跟蹤檢測。針對嚴重以上缺陷及時制定檢修策略，避免隱患進一步擴展，造成電網(wǎng)事故。

（3）落實電網(wǎng)反事故措施要求，在新上變電站不再采用全絕緣管母，對于已經(jīng)投運的加強帶電檢測，結合現(xiàn)場實際，配合停電開展絕緣管母改造。

4 結語

全絕緣管母與傳統(tǒng)矩形母線有優(yōu)勢的同時，其絕緣結構也存在的一定的問題缺陷，若發(fā)生故障，直接影響電力系統(tǒng)安全運行。當前亟需在深入分析全絕緣管母常見缺陷的基礎上，從設計、生產(chǎn)和制造等環(huán)節(jié)對標準工藝和產(chǎn)品性能進行優(yōu)化;在日常運維中，要加強全絕緣管母運行狀態(tài)監(jiān)測，確保設備健康運行。

參考文獻

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