35 kV管型母線絕緣擊穿成因分析與預防措施

黃龔相

(大唐涼山新能源有限公司，四川 西昌 615000)

絕緣管型母線是電力企業在輸送電力資源時必要的基本設施，其故障不僅會造成升壓站大面積停電，甚至會引發連接的主變壓器、開關柜等設備損壞。為了減少絕緣管型母線在應用時出現的故障，國外主要致力于它的制作工藝技術上。而我國則將探討的方向集中在它的應用了，其中包含它的應用技術、應用時可能出現的故障和減少故障的應用方法。這些研究主要集中在管型母線的研發和應用上，較少針對風電場中管型母線的故障排除問題進行探討。在施工期間運作，會由于未做好35 kV管型母線絕緣防護、安裝工作，從而在運行期間出現因絕緣擊穿所造成的安全事故。因此，本文討論如何有效降低和消除安全隱患，做好檢查和排除管型母線絕緣擊穿的工作，并通過加裝防振裝置、增大對地距離、提高安裝工藝等措施，以此來消除運行期間再次絕緣擊穿的風險。最后，以某風電場絕緣管型母線擊穿事件作為案例，分析35 kV管型母線絕緣擊穿故障成因、介紹檢查分析與故障排除方法，并闡明預防措施的實施問題。

1 成因分析

35 kV管型母線絕緣擊穿是電力系統生產中常見的安全故障之一(見圖1)，與電纜絕緣擊穿故障類型相似。關于它的成因，不僅學者們在探討，風電場在開展生產時也在實踐中總結經驗。經歸納分析發現這種故障產生主要原因以下幾方面。

圖1 故障擊穿點

1)運輸過程中顛簸后產生磕碰及摩擦力、施工過程存在交叉作業或施工存放過程中母線存在被磕碰的風險，母線在遭受外力后，內部絕緣層受損，長期放電，絕緣層材料老化，導致接觸電阻變大，從而絕緣內部發生懸浮電位放電發熱。

2)管型母線跟主變連接部位螺栓有無緊固，如無緊固，發熱可導致絕緣層受損。

3)由于該管型母線安裝在主變低壓側，會與主變產生共振，管型母線整體在長時間晃動作用下，從而導致絕緣受損，在接通電源后局部高溫發熱，最終管型母線絕緣擊穿放電接地[1]。

2 預防措施

為了減低35 kV管型母線絕緣擊穿造成的故障發生，風電場需結合生產運行的需求，提出并制訂了以下的預防措施。

1)完成絕緣材料的升級改造，為了提高升壓站35 kV管型母線運行的穩定性，通過與廠家溝通，部分35 kV管型母線管線材料結構已經老舊，雖然它們看似絕緣性能良好，但是為了材料滿足當前人們使用的需求及安全穩定運行，需將結構老舊的管線全部更換。在更換時需要確保三相管母線材料、用量、規格一致性，以避免安全隱患的再次發生[2]。

2)提高包裝防護等級，管型母線在運輸過程中難免存在磕碰摩擦等情況，鑒于該情況，應在運輸前根據運輸條件、現場存放的情況做好包裝，進一步提高防護等級。

3)優化施工的安全管理策略，通過優化管理制度，對材料管理及施工驗收人員的工作提出要求，工作人員必須根據現場條件做好管母線等輔助材料的保管防護，同時嚴格把握質量安裝和驗收管理關。在使用材料時，就需要結合施工要求優選材料。結合時代的發展做好防水或防外力的防控措施。管理人員需要對管理的項目內容承擔責任[3]。

4)做好施工人員的安全教育培訓，提高人員綜合素質，強化監督責任力度；強化工程現場管理，加大安全隱患排查力度，嚴格開展專業分項工程的檢查與驗收[4]。

5)做好運行日常動態的系統監控工作，如果在故障發生以前，就能對系統運行的情況進行監控，發現一些潛在的安全隱患，就能減少故障發生。根據這一需求，加大巡回檢查力度，使用測溫槍、紅外成像儀等設備對重要部位進行檢測，能夠及時發現電暈放電異常情況或零、低值絕緣子恂常的現象。只有及時發現這類安全隱患，才能及時做好故障排查的工作，發現異常及時處理。

6)完善應急處置體系，結合實際情況編制相關故障的應急處置預案，通過開展應急演練對預案進行修編完善，以提高運行人員的應急處置能力，最終達到預期效果。

3 案例分析

3.1 故障概況

某風電場220 kV升壓站主變差動保護動作，主變高、低壓側斷路器保護跳閘，導致所屬的35 kV集電線路停運。通過檢查發現升壓站35 kV管型母線A相已有明顯絕緣擊穿損壞現象，發現故障的部位絕緣層已經全部燒毀，銅管母已經裸露。該升壓站35 kV管型母均為全絕緣結構，通過主變低壓側穿墻至35 kV集電線路開關柜內，并安裝有屏蔽線接地，A、B、C三相避雷器，穿墻面前后1.5 m處分別設有三相嵌入式接頭，母線中段設三相絕緣支撐，主變低壓側處、35 kV開關柜內接頭為銅軟連接。

3.2 檢查分析

對故障發生的因素進行排查：①對外觀進行排查，A相為故障相，它的絕緣層已經燒毀，銅導體露出，在非故障部位，外觀沒有異常。B/C相位為正常相，外觀無異常。②對屏蔽線斷裂可能存在的故障進行排查，使用萬用表通斷蜂鳴檔進行測試，結果如下：A、B、C三相均有蜂鳴聲，并且接地良好，由此可以了解屏蔽線斷裂這一因素排除。③對材料的絕緣材料呈現的效果進行檢測。使用2 500 MΩ表搖絕緣進行檢測，檢測的結果為：A相絕緣值為2.8 MΩ，而規程要求為必須大于2 000 MΩ，結果不合格；B相絕緣值為4 800 MΩ，而規程要求為必須大于2 000 MΩ，結果合格；C相絕緣值為5 200 MΩ，而規程要求為必須大于2 000 MΩ，結果合格，從檢測的結果看到A相絕緣值遠低于規程的要求，由此可判斷B、C兩相絕緣尚好，故障點A相絕緣擊穿損壞，需重新更換。

3.3 故障處理

升壓站35 kV管型母線均為全絕緣結構，這種結構的剖面由內至外分別為金屬導體、半導電層、主絕緣層、半導電層、屏蔽層、絕緣護套層。這種結構要求絕緣層外絕對不帶電，它允許與接地物件接觸，并且這種結構的管型母線接地以后，可以直接與地碳接觸，而不要求在接地時做好絕緣子保護，然而這種結構的管型母線對密封工藝要求相當高，在施工時，如果沒有控制好施工質量，那么母線端部、中間接頭、屏蔽接地引出線等位置均易出現滲水現象，如果施工質量沒有得到控制，則會引起滲水現象。應用這種結構的管型母線的絕緣材料一旦出現了故障問題，就必須更換全部的材料，實際上它的維修成本比較高。

故障處理過程(見圖2)：①在35 kV室內中間接頭至主變低壓側管型母線重新加工生產，單相總長27 m，穿墻面前后1.5 m處分別設兩段嵌入式接頭，在連接時做好防水處理，然后使用雙層熱縮套管及絕緣套膠進行密封。②在穿墻套管主變側增設一組支柱絕緣子支撐，防止因管型母線連接的主變、35 kV開關柜運行產生的共振晃動。③使用絕緣層將母線與金屬抱箍接觸面絕緣隔開，對抱箍內的間隙空間使用絕緣填充物填充，防止共振摩擦降低絕緣強度，同時提高整段母線共振的穩定性。④擴寬35 kV開關室穿墻預留孔，增大對地放電距離。⑤并在擴寬位置再增設一組三相支撐絕緣子，更換穿墻絕緣隔板，進一步提高運行可靠性高，可以避免同類安全事故發生。

圖2 處理更換母線

雖然新更換的管型母線出廠前均通過各項試驗，但考慮在運輸、安裝過程中發生磕碰，絕緣強度降低，因此在安裝結束后，帶電投運前，對35 kV管型母線進行交流耐壓試驗，以此了解整個電氣回路是否存在安全隱患。提前發現安全隱患可以避免發生該次故障中由于一個安全隱患造成整條線路存在的安全隱患問題。

4 結 語

通過該管型母線絕緣擊穿的案例中，對擊穿點進行了排查及三相管型母線更換，并采取了相關預防措施，同時也暴露出了設備在運輸、保管防護、安裝等環節均存在管理上的漏洞，因此人們需要做好以下幾點防控措施。

1)完善設備安全運行管理措施，做好日常監控，對存在的隱患即時發現即時消除。

2)為進一步提高設備的安全穩定運行，通過升壓站定期檢修，對管型母線本體及連接的主要設備進行檢查，結合運行期觀察情況，提出有效合理的升級優化改造方案，通過審批后及時予以實施改造，避免重復性故障發生。

3)加強設備運行數據分析，掌握設備健康度，提前消除各類設備的安全隱患，強化安全管理，避免事故發生。