許妍妍 宋 謙 陳 冰 梁書銘 郭成林 吳國(guó)海

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東 茂名 525000；2.國(guó)網(wǎng)江蘇省電力有限公司泗陽縣供電分公司，江蘇 宿遷 223800）

0 引言

隨著我國(guó)電力穩(wěn)步發(fā)展，人們對(duì)電力的要求也越來越高。在用戶側(cè)的各電壓等級(jí)配電網(wǎng)中，隨著配電變壓器容量的快速增加，低壓側(cè)母線的額定電流也在不斷增大，對(duì)低壓側(cè)母線的發(fā)熱和短路電動(dòng)力提出了更高的要求。如果母線出現(xiàn)故障，停電范圍大，會(huì)給人們生活帶來較大的困難，變低側(cè)的母線的可靠性直接影響到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

絕緣管母是變電站10kV 母線的一種類型，工作原理是將銅制管型母線作為導(dǎo)體，外圍絕緣材料，又稱為“管型電纜”，具有載流能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高的特點(diǎn)。針對(duì)管母運(yùn)行特點(diǎn)，宋永佳等人結(jié)合管母燒蝕擊穿故障例子，闡述管母銅屏蔽層生產(chǎn)工藝不同造成結(jié)構(gòu)有明顯差異，為改進(jìn)管母銅屏蔽層的繞制方式和實(shí)際生產(chǎn)工作提供理論依據(jù)和參考[1]，鄭釧等人針對(duì)運(yùn)維過程中管母頻繁出現(xiàn)因受潮引起絕緣能力下降甚至導(dǎo)致?lián)舸┑那闆r，結(jié)合紅外照片，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拆解過程進(jìn)行了分析，現(xiàn)場(chǎng)溫度變化時(shí)，管母護(hù)套材料內(nèi)部密封不良，造成膨脹程度不一致，進(jìn)一步導(dǎo)致絕緣降低[2-3]。

結(jié)合學(xué)者研究和案例闡述，該文將詳細(xì)對(duì)管母結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)以及運(yùn)維過程的缺陷加以說明分析，分析管母在交接驗(yàn)收、日常運(yùn)維需要考慮的因素，并提出建議。

1 管母概況

管母具有載流能力強(qiáng)，高機(jī)械強(qiáng)度、廣泛應(yīng)用的特點(diǎn)，在運(yùn)維過程中，管母的發(fā)熱缺陷、對(duì)地短路（或相間短路）導(dǎo)致主變跳閘，進(jìn)一步擴(kuò)大停電范圍[4]。針對(duì)投運(yùn)后出現(xiàn)了擊穿、破損、進(jìn)水等異常現(xiàn)象，全面分析管母結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性，詳細(xì)闡述各種結(jié)構(gòu)的薄弱點(diǎn)，研究表明材料、結(jié)構(gòu)對(duì)高壓試驗(yàn)的影響，并指出絕緣管型母線運(yùn)行狀態(tài)的有效評(píng)估方法，為現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員提供方法和方向。對(duì)不同管母的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行論述，說明優(yōu)缺點(diǎn)，為缺陷分析進(jìn)一步打下基礎(chǔ)。

國(guó)內(nèi)絕緣管型母線采用的主絕緣材料主要有聚四氟乙烯、三元乙丙橡膠、硅橡膠、環(huán)氧樹脂等。絕緣型管型母線根據(jù)主絕緣分為繞包、澆注、擠出三種方式。

1.1 繞包式

繞包式管母工作原理是電容均壓，在管型體上繞制絕緣材料，利用不同的電壓等級(jí)設(shè)計(jì)包繞材料的厚度和層數(shù)，從而制作電容屏構(gòu)成一串同軸圓柱電容器。絕緣主材料是聚四氟乙烯薄膜、聚氨酯薄膜。

利用階梯式的電容分布使絕緣管母的端部電場(chǎng)更加均勻，并結(jié)合有機(jī)復(fù)合護(hù)套加以保護(hù)，強(qiáng)化了主絕緣的電氣強(qiáng)度及沿面電位分布的均勻性和耐惡劣氣候性能。

1.2 澆注式

澆注絕緣母線也利用電容均壓原理，在母線外與電容屏間澆注環(huán)氧樹脂，將其作為主絕緣。

環(huán)氧樹脂整體澆注后的絕緣具有較高的密封性能、耐受酸堿以及油脂、液體的腐蝕性、抗霉菌的特性，一般可在高污染、高腐蝕環(huán)境下長(zhǎng)期、安全運(yùn)行。具有機(jī)械強(qiáng)度較高、耐磨耐沖擊的特點(diǎn)。

1.3 擠出式

擠出式絕緣管母類似于電纜的結(jié)構(gòu)，采用三元乙丙橡膠、中密度乙烯為絕緣材料，其利用螺桿在熱化的機(jī)筒中高速旋轉(zhuǎn)，將主絕緣材料向前擠壓，使其均勻的塑化（即熔融），通過特定的模具，將其擠壓成連續(xù)性的保護(hù)層并擠包在銅管上。在制造過程中，對(duì)絕緣材料的拉伸性有較高的要求。

2 案例分析

2.1 案例1

2019 年11 月某變電站，220kV#3 主變變低側(cè)（10kV 變低電抗器室段）進(jìn)行紅外測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)A、B、C 相管母均在管母接頭處存在明顯發(fā)熱，如圖1～圖3 所示。

圖1 是管母A 相紅外照片，紅外圖像照片中發(fā)射率e為1，在圖1（a）、圖1（b）區(qū)域測(cè)溫框中分別存在3 個(gè)點(diǎn)p1、L1_H、R1_H，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分別是25.1℃、25.2℃、28.4℃；25.2℃、25.5℃、29.5℃紅外圖片的上下限溫度是29℃～40℃。圖像表明，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度20℃，最大溫升9.5K，熱點(diǎn)最大溫差是4.2K。

圖1 A 相管母紅外測(cè)溫圖（b）

圖1 A 相管母紅外測(cè)溫圖（a）

圖2 是管母B 相紅外照片，發(fā)射率e為1，在區(qū)域測(cè)溫框中存在3 個(gè)點(diǎn)p1、L1_H、R1_H，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分別是26.1℃、26.8℃、27.0℃，上下限溫度是29℃～40℃。圖像表明，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度20℃，溫升7K，熱點(diǎn)溫差是5.2K。

圖2 B 相管母紅外測(cè)溫圖

圖3 是管母C 相紅外照片，發(fā)射率e為1，在區(qū)域測(cè)溫框中存在3 個(gè)點(diǎn)p1、L1_H、R1_H，測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)分別是25.2℃、25.8℃、34.5℃，上下限溫度是29℃～40℃。圖像表明，當(dāng)時(shí)環(huán)境溫度20℃，溫升7K，熱點(diǎn)溫差是9.3K。

圖3 C 相管母紅外測(cè)溫圖

結(jié)合紅外測(cè)溫照片， #3 主變10kV 變低管母A 相熱點(diǎn)溫度差為4.2K，B 相管母熱點(diǎn)溫度差為5.2K，C 相管母熱點(diǎn)溫度差為9.3K，根據(jù)某供電局變電一次設(shè)備缺陷定級(jí)標(biāo)準(zhǔn)管母缺陷說明表，導(dǎo)線、母排、絕緣管母溫差不超過15K，未達(dá)到重大缺陷的要求，屬于一般缺陷。

2.1.1 現(xiàn)場(chǎng)停電數(shù)據(jù)

專業(yè)班組在完成紅外測(cè)溫工作之后，立即在2019 年12月對(duì)220kV#3 主變?nèi)齻?cè)設(shè)備對(duì)進(jìn)行停電試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)管母的停電試驗(yàn)包括絕緣電阻、介質(zhì)損耗試驗(yàn)以及耐壓試驗(yàn)。12 月某日天氣晴，溫度為23℃，相對(duì)濕度62%?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1～表3。

表1 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 耐壓試驗(yàn)

由表1 絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，管母在相同部位的絕緣電阻、相間的絕緣電阻無明顯變化；同時(shí)管母不同部位間的數(shù)據(jù)無明顯變化，耐壓試驗(yàn)前后的數(shù)據(jù)同時(shí)滿足要求。與2017 年試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，滿足絕緣電阻大于2000MΩ 的規(guī)程要求。

表2 中電容量和介損值的數(shù)據(jù)表明，A 相實(shí)測(cè)值與歷史數(shù)據(jù)相比，靠近電抗器側(cè)的電容量減少46%，靠近主變側(cè)的電容量比歷史增加了229%；B 相實(shí)測(cè)值與歷史數(shù)據(jù)相比，靠近電抗器側(cè)的電容量增加了229%，靠近主變側(cè)的電容量比歷史增加了115%；C 相實(shí)測(cè)值與歷史數(shù)據(jù)相比，靠近電抗器側(cè)的電容量減少了24%，靠近主變側(cè)的電容量比歷史減少了23%。介損量A 相與歷史值相比，增加49 倍、12 倍；介損量B 相與歷史值相比增加12 倍、13 倍；介損量C 相與歷史值相比增加111 倍、117 倍。表明在試驗(yàn)電壓7kV 作用下，介損值、電容量實(shí)測(cè)值與歷史值相比，存在較大差異，不滿足檢修試驗(yàn)規(guī)程要求。

表2 介損試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 的耐壓數(shù)據(jù)表明，2019 年管母耐壓，滿足試驗(yàn)電壓為出廠試驗(yàn)值的0.8 倍，在交流33.6kV 電壓下，破壞性試驗(yàn)?zāi)褪?min 通過，管母接觸表面無擊穿或閃絡(luò)。

2.1.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)某電網(wǎng)公司檢修試驗(yàn)規(guī)程要求：1）主變變低絕緣管母測(cè)試電壓7.5kV 下，介損不大于1%，且與歷史數(shù)據(jù)比較無明顯增長(zhǎng)。2）測(cè)量管母金屬導(dǎo)體對(duì)地絕緣電阻，阻值應(yīng)大于2000MΩ。3）工頻耐壓要求按出廠試驗(yàn)電壓值的0.8倍進(jìn)行試驗(yàn)，1min 不擊穿。

雖然表1 和表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明某#1 主變變低絕緣管母符合檢修試驗(yàn)規(guī)程要求，但是表2 電容量與介損值試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，A 相、B 相、C 相管母介損值對(duì)比歷史數(shù)據(jù)存在較大差異，可以推斷管母絕緣性能嚴(yán)重下降。

2.2 案例二

2019 年6 月，某公司110kV 變電站10kV 絕緣管母，于2012 年10 月安裝，長(zhǎng)度約4m，在停電試驗(yàn)中，絕緣電阻、介損、工頻耐壓數(shù)據(jù)表明，三相介損均大于1%。

2.2.1 停電試驗(yàn)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)溫度31℃，濕度70%，絕緣電阻、介損、工頻耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4～表6。

表4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，三相相同地點(diǎn)的絕緣電阻、相間絕緣電阻無明顯變化，耐壓試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)同時(shí)滿足絕緣電阻阻值應(yīng)大于2000MΩ 的規(guī)程要求。

表4 絕緣電阻試驗(yàn)

表5 中電容量數(shù)據(jù)表明，A 相2019 年實(shí)測(cè)值與歷史數(shù)據(jù)相比，電容量偏差-0.11%，B 相2019 年實(shí)測(cè)值比歷史數(shù)據(jù)相比偏差-0.46%，C 相2019 年實(shí)測(cè)值比歷史數(shù)據(jù)相比偏差-0.62%。介損量數(shù)據(jù)表明，在交流電壓7kV，正接法接線情況下，三相存在顯著差異，不滿足檢修試驗(yàn)規(guī)程介損不大于1%的要求。

表5 絕緣管母介損試驗(yàn)

表6 耐壓數(shù)據(jù)表明，2019 年管母耐壓數(shù)據(jù)，滿足試驗(yàn)電壓為出廠試驗(yàn)值的0.8 倍，在交流電壓33.6kV 作用下，破壞性試驗(yàn)?zāi)褪?min 時(shí)間通過，管母接觸表面無擊穿或閃絡(luò)。

表6 耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2.2 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)表4～表6 數(shù)據(jù)，絕緣電阻在耐壓前后無明顯變化，耐壓試驗(yàn)通過，而根據(jù)某供電局管母運(yùn)維的標(biāo)準(zhǔn)要求（測(cè)試電壓7.5kV 下，介損不大于1%，且與歷史數(shù)據(jù)比較無明顯增長(zhǎng)；現(xiàn)場(chǎng)三相介損測(cè)量值均大于1%），判斷管母不合格。

2.3 缺陷分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)2 個(gè)案例，管母結(jié)構(gòu)繞包式，停電試驗(yàn)表明，介損不滿足規(guī)程不大于1%的要求，絕緣電阻和耐壓試驗(yàn)合格，下面將從介質(zhì)損耗方面進(jìn)行論述。

在運(yùn)行電壓作用下，電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定的能量損耗，這部分損耗統(tǒng)稱為介質(zhì)損耗，在10kV 變低絕緣管母結(jié)構(gòu)中，絕緣結(jié)構(gòu)是組合絕緣，由不同電介質(zhì)構(gòu)成，由于不同廠家的生產(chǎn)工藝不同，因此，每根管母的結(jié)構(gòu)也是不一樣的，具有不均勻的特點(diǎn)，對(duì)此進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)將設(shè)備簡(jiǎn)化成圖4 所示的多個(gè)電介質(zhì)串、并聯(lián)等值電路組成的等值電路，實(shí)際上介損值是多個(gè)電介質(zhì)串聯(lián)、并聯(lián)后電路的綜合tanδ值。

由圖4 可知，管母的絕緣材料不同，空氣、水分、聚四氟乙烯薄膜、聚氨酯薄膜材料簡(jiǎn)化為等值電路圖，其中簡(jiǎn)化電路中，C1代表管母介質(zhì)對(duì)地電容，R1表示管母材料電阻量，C2表示雜散電容，R2表示材料接觸和雜散電阻，管母的tanδ數(shù)值總是在電路中最大值與最小值之間，因此需要探討影響介損值變大的因素。

2.3.1 溫度影響

一般情況下，同一設(shè)備，tanδ數(shù)值隨溫度的升高而增大，為了使試驗(yàn)結(jié)果便于判斷，需要進(jìn)行換算，而大多數(shù)都是通過經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行總結(jié)，因此溫度換算情況下存在偏差，建議在與歷史溫度數(shù)據(jù)誤差較小情況前提下，合理分析，排除溫度的影響[5]。

2.3.2 內(nèi)部缺陷

設(shè)備內(nèi)部受潮、局部放電情況下，加速圖4 中C1與C2之間電容量的比值變化，使整體介損值發(fā)生變化，因此規(guī)程要求，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，條件允許情況建議盡量分解試驗(yàn)。

圖4 多個(gè)電介質(zhì)串、并聯(lián)等值電路圖

2.3.3 表面濕度、雜質(zhì)

設(shè)備表面因運(yùn)行環(huán)境不同，室內(nèi)或者室外，潮濕環(huán)境還是干燥情況下，當(dāng)空氣濕度超過規(guī)程80%，表面雜質(zhì)積累，加速表面泄露電流，進(jìn)而影響設(shè)備介損量數(shù)據(jù)[5]。

根據(jù)介質(zhì)損耗試驗(yàn)的影響因素，初步判定，影響管母介損值超標(biāo)的原因如下：1）管母內(nèi)部受潮，絕緣性能下降。當(dāng)?shù)爻睗穸嘤?，晝夜溫差大，室?nèi)電抗器段的管母空氣流動(dòng)慢，由于端部密封不良，潮氣通過母線端頭護(hù)套進(jìn)入管母內(nèi)，從而造成電容屏絕緣下降，嚴(yán)重情況會(huì)導(dǎo)致主絕緣擊穿，處理方式可以將風(fēng)筒對(duì)準(zhǔn)受潮位置，風(fēng)干表面。 2）管母端頭部位接觸不良，兩節(jié)母線間的連接，兩管端頭采用直接焊接的方式相連，運(yùn)行中接頭溫度與母線溫度一致，制造商的焊接工藝存在不良影響，隨著運(yùn)行年限增長(zhǎng)，缺陷越來越明顯，導(dǎo)致絕緣性能下降，引起管母接頭處發(fā)熱。

3 運(yùn)維建議

絕緣管母在運(yùn)行過程中，針對(duì)因受潮，端部密封不良引起絕緣下降甚至閃絡(luò)的問題，在日常運(yùn)維中提出以下幾點(diǎn)建議：1）縮短對(duì)管型母線紅外測(cè)溫的周期，按照設(shè)備管控級(jí)別，利用紅外成像儀測(cè)試絕緣管母的關(guān)鍵部位的溫度，應(yīng)特別關(guān)注接地引出點(diǎn)位置的溫度，若發(fā)現(xiàn)該處溫度高于管母本體溫度5℃以上，并結(jié)合溫度、負(fù)荷情況及時(shí)更新設(shè)備狀態(tài)情況，應(yīng)及時(shí)安排停電檢查，發(fā)現(xiàn)問題立即更換處理。2）針對(duì)繞包式、擠出式絕緣管母運(yùn)維情況，管母驗(yàn)收、交接情況時(shí)，嚴(yán)格按照驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，特別是在母線端部、中間接頭以及屏蔽接地引出線進(jìn)行密封時(shí)，絕緣管母線端部雙重密封處理，嚴(yán)禁出現(xiàn)以鋁充銅，以次充好的現(xiàn)象。3）評(píng)價(jià)管母狀態(tài)，同時(shí)兼顧設(shè)備和人身的風(fēng)險(xiǎn)下，充分考慮設(shè)備耐壓的試驗(yàn)電壓值和時(shí)間，合理、有目標(biāo)、有方向地對(duì)管母兩端的局部放電進(jìn)行帶電測(cè)試。4）管母在結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝上存在差異，投運(yùn)后在1～2 年發(fā)現(xiàn)紅外照片接頭處發(fā)熱，一方面停電試驗(yàn)，和廠家溝通改進(jìn)生產(chǎn)工藝，另一方面縮短同廠家同類型管母設(shè)備縮短紅外周期，甚至家族性缺陷的管母，可以考慮將管母更換成銅排。

4 結(jié)語

該文論述了110kV 以上變電站變低絕緣管母的特點(diǎn)和類型，結(jié)合日常運(yùn)維的2 項(xiàng)案例，對(duì)紅外測(cè)溫和高壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，闡述介質(zhì)損耗的影響因素，進(jìn)一步說明缺陷形成的原因，找出管母運(yùn)行存在的隱患。在出廠、交接以及運(yùn)維中提出相關(guān)建議。不同廠家的工藝條件不同，在出廠監(jiān)造和現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收環(huán)節(jié)中，需要特別注意以鋁充銅的現(xiàn)象，避免出現(xiàn)主變跳閘，損失電網(wǎng)負(fù)荷。如果管母存在家族性缺陷，建議考慮更換為銅排。該文為管母運(yùn)維過程中可能出現(xiàn)的同類問題提供了相關(guān)的參考。