全绝缘管型母线运行故障分析与预防措施

国网湖南省电力有限公司常德供电分公司 李 冬 黄 华 胡靖涛 杨 航 柳叶湖旅游度假区复基小学 李琼霞

随着社会经济的快速发展，对于电力供应的要求也越来越高，提升电力系统10kV、35kV侧出线电能输送水平是迫切需要解决的问题。电力系统中传统导体结构采用矩形截面的铜导体，此种结构相对圆形截面，在同样截面积下，其比圆形截面周长要长，散热面积大，消耗金属量少，但不适用大电流运行工况，同时其采用支柱瓷瓶作为支撑，外包裹热缩套的绝缘方式，抗短路能力弱，占用空间大。

在现代化变电站设计、建设中，变电站占地面积越来越小，电能输送功率越来越大，110kV、220kV设备普遍开始应用GIS结构，既占用空间少，且绝缘性能高，10kV、35kV主变压器母线侧导体结构也逐渐开始寻求新的方式。全绝缘管型母线作为以铜管或铝合金管作为导体、外敷绝缘的一种母线产品，以其载流量大、集肤效应低、散热条件好、机械强度高、安装方便等优势逐渐应用到电力生产中[1-2]。

在国际上，较为成熟的绝缘管型母线技术最早集中在欧洲国家，如德国、瑞士等，但我国起步较晚，在行业中也缺乏相关的技术标准，并在生产、运输、安装以及运维检修环节缺少系统性管理[3]。以至于在生产实际中出现多次故障，影响电力系统稳定运行以及电能供应可靠性，导致电力系统对绝缘管型母线技术持怀疑态度。文中结合生产实际中绝缘管型母线出现的故障，根据现场检查、解体分析，以及现场安装情况，找出设备发生故障的原因，为绝缘管型母线的应用提供参考，并制定相应的预防措施。

1 全绝缘管型母线结构

全绝缘管型母线作为连接主变压器低压侧至10kV或35kV母线侧的绝缘导体，主要组成部分为全绝缘管型母线以及屏蔽筒。

绝缘管型母线经过不断的发展，呈现多种结构形式，按照绝缘材料主要分为三类，环氧树脂浸浇注类、聚酯薄膜或聚四氟乙烯绝缘带绕包式和聚乙烯、三元乙丙橡胶（EPDM）或硅橡胶绝缘挤包式[4]。文中主要对环氧树脂浸浇注管型母线进行分析。

环氧树脂浸浇注管型母线采用内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层的三层共挤复合屏蔽绝缘母线，母线内部为中空，其整体结构设计与电力电缆类似，如图1所示[1]。

图1 全绝缘管性母线结构

由于全绝缘管型母线生产时的长度有限，当长度不够时，采用接线板软连接的方式将两段管型母线相连，并在连接处外覆盖屏蔽筒。绝缘屏蔽筒制作原理为电容屏分压原理，即通过控制屏间距使电位梯度均匀降低，直至屏蔽筒外表面电位为零。在屏蔽筒绝缘层设有均压用的电容屏，使得屏蔽筒内的轴向和径向场强均匀，沿整个屏蔽筒全长外设有接地屏，接地屏外设有防护层，将最外层电压保持为零。

2 典型故障分析

全绝缘管型母线由于其结构属性以及现场安装工艺等影响，其对密封性、绝缘材料的要求较高，稍有不慎将导致在生产实际中出现运行故障，损坏设备，影响电力系统稳定性，下面针对电力生产实际情况的事件进行分析。

2.1 屏蔽筒受潮凝露故障

某220kV变电站35kV侧绝缘管母运行仅半年事件，便出现拉弧放电现象，随即对其停电检查。在现场将屏蔽筒拆除后，发现B相管型母线对有抱箍放电痕迹，铜排软连接部分可见明显铜绿，分析为屏蔽筒受潮导致。

在该全绝缘管型母线运行期间，就已通过红外测温仪发现B相较A、C两相温度高2K，同时发现管型母线对金属抱箍放电。现场对B相管母解体检查，将屏蔽筒拆除后，发现B相管母对抱箍放电痕迹。接头内部A、B相的两侧管母线外护套底部均有水珠凝结成串，其中A相较轻微，B相尤为明显（水滴从接线板处向抱箍金具方向延伸约80cm）。同时B相接头内部的接线板及软连接表面可见明显铜绿。

实际中，屏蔽筒两侧密封型式是采取防水绝缘胶带缠绕形成，在安装过程中，若胶带存在压接不严、不平整，潮气便能透过微小缝隙进入屏蔽筒，而屏蔽筒两侧无空气对流，更易在管母线外护套表面形成凝露，导致B相母线外护套累积了大量水分，且长期受潮导致屏蔽筒内部软连接处有较多铜绿锈蚀。由于B相屏蔽筒内部管母线的外护套表面凝露严重，绝缘降低，并在运行过程中形成表面爬电，最终对临近抱箍金具放电。

相似的，某110kV变电站10kV侧绝缘管型母线A相屏蔽筒处也出现因凝露，导致在运行中发热现象，温差竟达40K。

同样对该管母屏蔽筒进行拆除、解体。在拆除屏蔽筒两端密封材料的过程中，发现在屏蔽筒内靠近绝缘母线端部有明显因凝露形成的水滴，在屏蔽筒绝缘击穿一侧的正下方有明显放电痕迹。在温度异常屏蔽筒内下方也有明显的白色水痕，其他温度无异常的屏蔽筒，没有发现上述现象。

根据现场实际情况，管母中间连接处的密封是在现场施工，密封性能受天气、温度、湿度以及安装人员的技能等因数影响，造成屏蔽桶内温度异常，是由屏蔽桶两端的密封措施未处理好，导致潮气进入屏蔽桶内，由于早晚温差较大形成凝露水滴，水滴往低处流动聚集在屏蔽筒的下方，使屏蔽筒绝缘材料的性能下降，对地泄漏电流增大，导致屏蔽筒内异常发热，并在运行电压持续作用下，金属导体沿屏蔽筒内部形成爬电路径，使接头处通过管母外护套至最外层金属屏蔽接地层之间形成放电路径，造成绝缘击穿。

2.2 管型母线安装不到位故障

某110kV变管型母线由于弯曲半径过大，使得绝缘性能下降，在运行电压持续作用下，以致绝缘击穿，最终导致单相接地故障。

该绝缘管母故障发生在B相弯曲部位，现场检查发现B相管母在其拐弯处出现明显放电现象，环网柜A相电缆头放电，管型母线烧毁严重。经过现场检查分析，管型母线铜导体的内径为110mm，外径为140mm，弯曲部位的弯曲半径为660mm。

由于绝缘管型母线对于安装时的弯曲半径没有明确技术要求，在现场安装施工过程中，仅考虑主变压器低压侧桩头至高配室连接方式的便捷性，导致管型母线弯曲半径过大。从现场的测量尺寸来看，该绝缘管型母线的弯曲半径为铜导体外径的5倍，而参照与其结构类似的交联聚乙烯电力电缆弯曲半径要求：无铠装35kV及以下电压等级单芯电缆敷设时要求值为20d，即该管母线的弯曲半径需达到2600mm，则该管型母线的弯曲半径不符合要求。

根据管母的结构型式和弯曲部位的工艺分析，本次故障应是由于对弯曲部位的工艺控制不良，弯曲半径过小，导致出厂时已出现绝缘损伤，在运行电压的作用下，管型母线绝缘性能逐渐下降，并最终导致绝缘击穿故障。

3 预防措施

绝缘管型母线以其本身的功能特点在电力生产中获得了应用，但由于其在设计、运输、安装过程中各种因素影响，尤其是现场施工不规范，导致留下隐患，以至于在运行中发生故障，如绝缘结构受潮、绝缘结构过度弯曲损坏绝缘，最终导致电力生产受到影响。

在文中，主要针对全绝缘管型母线屏蔽筒受潮以及管型母线弯曲半径过大两种情况进行分析，其中屏蔽筒受潮情况比较频繁，但不论何种缺陷，都严重影响了电力系统供电稳定性。为充分利用全绝缘管型母线的结构优势，降低其带隐患运行可能性，需要加强管控环节，从而提升管型母线运行状态。

在设备安装环节，要做好安装环节管控措施，参照与其具有类似结构，如电力电缆的设备安装标准，制定明确的安装方案，严格管控安装质量。尤其对于屏蔽筒安装时，要使用防水材质的管型母线外护套，在管型母线连接处，确保母线套筒密封严实，防止内部受潮积水，引发故障。在管型母线投运前开展的交接试验，不仅限于绝缘电阻、交流耐压试验，还要进行局部放电试验，确保其在1.2Um试验电压下，环氧树脂浇注型局部放电量不超过50pC，聚酯薄膜或聚四氟乙烯绝缘带绕包式和聚乙烯、三元乙丙橡胶（EPDM）或硅橡胶绝缘挤包式局部放电量不超过20pC，加强试验检测手段。在管型母线投入运行后，要加强对管型母线运维巡视，利用红外精确测温、特高频局放检测等带电检测手段，及时掌握管型母线的运行状态，发现缺陷及时汇报，避免恶性事故发生。

4 结论

全绝缘管型母线由于其具有的突出优势，在电力系统中主变压器10kV以及35kV母线侧逐渐引入应用，但由于该结构产品对设计、运输、安装等环节质量要求较高，而现阶段缺乏足够的管理体系与手段，以至于管型母线出现带缺陷运行情况。文中通过生产实际中出现的全绝缘管型母线故障事件的分析，找出引发故障的根本原因所在，并提出相应预防措施，为今后的管型母线应用提供参考。