220千伏主變變低管型母線典型故障分析及改進措施

施理成

摘? 要：本文首先分析了管型母線的特點，然后結合220kV某站管型母線運行過程中遇到的故障實例，研究分析了管型母線故障發生的原因。基于該起故障的原因分析，本文提出了雙護套密封、增加密封膠等相應的安裝工藝改進措施。故障管型母線改造后的試驗數據和長期運行結果驗證了本文所提改進措施的有效性。

關鍵詞： 220kV主變壓器;10千伏管型絕緣母線;放電;安裝工藝改進

0 引言

隨著主變容量增加，新建220kV變電站主變壓器變低10kV母線橋越來越多的采用空心絕緣管型母線[1-2]（以下簡稱“管型母線”）替代普通矩形銅排母線。管型母線具有載流量大、功率損失小等特點，但其全絕緣部分容易因受潮、安裝工藝不良等因素影響。在運行過程中存在發熱異常、絕緣護套燒毀的現象[3]，嚴重的將導致擊穿放電而直接影響變壓器正常運行。

1管型母線的組成及性能特點

1.1 不同引線類型接地線裝設

管型母線通常由半絕緣部分和全絕緣部分構成。其中，管型母線半絕緣部分的結構從內到外分別為銅管型母線，聚四氟乙烯定向膜、外護套。全絕緣部分（俗稱“中間頭”）的結構由內至外依次為銅管型母線，中間接頭，均壓環，內護套，屏蔽筒，外護套。

1.2 不同引線類型接地線裝設

與普通的實心、矩形銅排狀10kV變低母線相比，管型母線具有如下特點：

1. 管型母線為空心導體，表面積大，導體表面電流密度分布均勻，集膚系數Kf≤1，遠小于矩形母線（約為1.8）。交流電阻小，母線的功率損失小。管型母線特別適合電流大的回路，其載流量一般在3000A～6000A，因此越來越多地在180MVA以上容量的220kV主變的10kV變低側使用。

2. 散熱條件好，溫升低。管型母線為空心導體，母線內徑風道能自然形成熱空氣對流，（室內與室外的氣壓差，能自然形成空氣對流，散熱條件好。

3. 允許應力大、機械強度高。管型母線的允許應力為矩形母線的4倍，因此可承受的短路電流大，機械強度高，使得母線支撐跨距增大。

4. 主絕緣材料采用聚四氟乙烯，可在-250°C——+250°C度中工作，具有良好的電氣性能及化學穩定性，介質損耗小，阻燃，耐老化，使用壽命長。

綜上分析，管型母線具有載流量大、功率損失小等特點，但其全絕緣部分容易因受潮、安裝工藝不良等因素影響，嚴重的將導致擊穿放電而直接影響主變壓器正常運行。

2 管型母線典型故障分析

220kV某站投建于2009年，采用兩臺180MW容量的主變壓器，其變低母線橋采用的是型號為JTMP-12/4000的管型母線。設備運維人員在測溫過程中，發現其變低母線橋溫升異常。為了徹底消除故障，相關人員對管型母線全絕緣部分進行拆解，分析了故障實例發生的原因，并提出了相應的工藝改進措施。

2.1? 典型故障類型

試驗所高壓試驗班對#1主變變低管形母線橋進行耐壓試驗，測得耐壓前各相管型母線絕緣值分別為3730，4.58，1320MΩ，耐壓后各值為4750，1.16，1500MΩ。低于廠家給出的絕緣電阻標準值（≥1000 MΩ），且C相絕緣電阻值偏低，試驗不合格。

變低母線橋絕緣電阻測量結果不合格，存在極大的因變低母線橋短路引起的主變事故停電風險，因此，專業人員對故障管型母線的全絕緣連接處進行解體檢查。第一步，將屏蔽筒外圍的熱縮套拆除。如圖1所示，法蘭連接面的螺栓有明顯銹蝕痕跡。第二步，拆除法蘭面檢查屏蔽管內部情況。如圖2所示，屏蔽管的接地銅線受潮發綠，并檢查到屏蔽筒內部和底部有明顯放電痕跡。第三步，內部熱縮套檢查。如圖3所示，當把內部熱縮套一側防水膠密封不良，并存在輕微卷角、皺皮、老化現象。

從試驗結果數據可以看出，C相的絕緣電阻值偏低，存在絕緣降低風險。為了確保設備能夠可靠運行，研究決定依次對A、C兩相也進行解體排查。在拆除A相外部熱縮套時，屏蔽筒內干燥、無放電痕跡，只有少許的氧化鋁粉末。內部熱縮套完好無損。在拆除C相外部熱縮套時，發現屏蔽筒內有少許的放電痕跡;把屏蔽筒移位后，內部熱縮套有明顯放電現象;拆開內部熱縮套發現均壓桶內有大量氧化鋁白色粉末，同樣存在皺皮等現象。

2.2 故障原因分析

通過以上對故障的管型母線的拆解結果可知，B相屏蔽筒內部和底部有明顯放電痕跡，C相屏蔽筒內有少許的放電痕跡，A相無放電痕跡，這結果也與實驗數據結果相符合。

通過以上拆解結果可知，管型母線絕緣電阻降低甚至放電的直接原因就是密封熱縮套密封不良，導致管型母線與絕緣筒空間互通。某站所屬地區天氣較為潮濕，潮氣進入到絕緣筒中，進一步導致管型母線絕緣降低，最終產生放電擊穿。對安裝過程進行分析，內護套密封不良的原因主要有兩個方面：

A、安裝時，管型母線清理不徹底;B、內護套熱縮時工藝不佳。

拆解時發現ABC三相的均壓環都有不同程度的放電、氧化痕跡，因此，均壓環與管型母線沒有連接，造成不等電位也是產生放電的原因。

3 采取的改進措施

在運行過程中，管形母線內是允許也不可避免地有潮氣和水份的存在，但在密封熱塑套與絕緣筒之間的空間內是不允許有潮氣的存在，當其空間有潮氣存在時就會導致絕緣降低，嚴重的會對絕緣筒進行放電甚至爆炸。

通過研究和分析，相關人員決定更換220kV某站變低10kV管型母線三相均壓環，B、C兩相屏蔽筒由廠家更換相同型號、試驗合格的備品，對A相的屏蔽筒進行清潔。由于B、C相發生放電的主要原因是工藝不佳導致，因此，本文提出了以下相應改進措施。

3.1 銅編制帶不能受潮發綠

如圖4所示銅編織帶更換后效果。管型母線上接地銅編織帶如受潮發綠，則必須進行更換。已經受潮并發綠的銅編織帶性能已經下降，且表面存在細微的粉塵，容易造成護套松脫，禁止使用。

3.2 均壓環增加接地銅編織帶

如圖5所示，在均壓環增加了銅編織帶，作用是使均壓環與管型母線等電位，防止管型母線對均壓環放電。安裝的過程相比之前增加了一道工序，即增加一層內護套，加強防水效果。

3.3 護套采用雙密封層密封

如圖6所示，進行護套密封時，采用雙層密封，同時防水密封膠要雙層均勻纏繞在管型母線上，已加強其絕緣效果。

3.4 外部密封宜采用3M DP460膠水密封

外護套長期暴露在大氣中，因受日曬雨淋，酸雨侵蝕，容易卷角，松脫，從而導致水汽入侵管型母線內部。在進行管型母線外部密封時，一定要確保屏蔽筒內部干燥，因此，熱縮套的外部封口處采用密封膠對其進行密封。

在眾多的密封膠中，建議采用3MDP460膠水，這是一款高性能AB膠，主要成分為長操作時間的堅韌型環氧樹脂，2～4小時達到操作強度，中性、氣味小，無污染，能有效的密封外護套的縫隙，阻止酸雨對密封口進行侵蝕。

4試驗結果分析

4.1改造完成后試驗結果

安裝完成后，專業人員對#1主變變低管形母線橋進行耐壓試驗，測得耐壓前各相管型母線絕緣值分別為5260，5568，5366MΩ，耐壓后各值為5365，5632，5565MΩ，試驗結果全部合格。

4.2長期運行后試驗結果

220kV某站變電10kV管型母線改造完成后1.5年，結合主變停電，專業人員再次對#1主變變低管形母線橋進行耐壓試驗。測得耐壓前各相管型母線絕緣值分別為5272，5506，5201MΩ，耐壓后各值為5305，5682，5572MΩ，試驗結果全部合格，且與剛改造后試驗的數值相比，絕緣電阻值無明顯下降。

5 結語

本文針對變電站越來越多采用的空心絕緣管型母線的接頭處容易擊穿放電的問題，提出了通過雙護套密封和外護套采用采用3M DP460膠水密封，能有效阻止潮氣進入管型母線全絕緣護套內部，同時使用帶接地銅編織帶的均壓環，可以防止管型母線因絕緣降低造成放電，提高管型母線的安全可靠性的措施。

220kV某站變電10kV管型母線改造完成后的試驗數據和長期運行的結果，驗證了本文所提改進措施的有效性。

參考文獻

[1]張茜茹.淺析絕緣式銅質管形母線在變電所中的應用[J].科技情報開發與經濟，2007，17（21）：287-288.

[2]郭非.復合絕緣銅管型母線在水電站的應用[J].云南電力技術，2013， 41（2）：93-95.

[3]張真濤，張斌，邢文濤，等.變壓器絕緣管型母線護套燒損故障分析及處理[J]. 河南電力，2012（3）：23-24.