聞煜峰，魏澤民，王耀升，趙玉成，聞芷馨

(國網(wǎng)浙江省電力有限公司嘉興供電公司，浙江 嘉興 314000)

0 引言

全絕緣管型母線(簡稱全絕緣管母)因載流量大、散熱條件好、集膚效應低、允許應力大及機械強度高等優(yōu)點被廣泛應用于變電站的主變低壓母線。與傳統(tǒng)矩形銅排母線相比，全絕緣管母技術(shù)的優(yōu)勢十分顯著，但在全絕緣管母制造和接頭制作過程中，絕緣層內(nèi)部的雜質(zhì)、微孔、半導電層突起和分層缺陷均可能引起局部放電，進而造成貫穿性的導通放電，導致變壓器跳閘，嚴重影響供電可靠性。

1 全絕緣管母分類

1.1 澆注式全絕緣管母

澆注式絕緣管母在國內(nèi)出現(xiàn)最早，為電容屏結(jié)構(gòu)，絕緣材料是環(huán)氧樹脂澆注紙絕緣。澆注式絕緣管母本體絕緣主要采用絕緣、半導電(粘性)電工皺紋紙帶纏繞，經(jīng)環(huán)氧樹脂真空浸漬、加溫固化，形成一體化固體絕緣。環(huán)氧浸漬紙絕緣是一種絕緣紙與環(huán)氧樹脂的復合絕緣，導體、半導體層和絕緣紙經(jīng)加溫固化后，形成致密、緊實的一體化結(jié)構(gòu)，既具有絕緣紙和環(huán)氧的良好絕緣和介電性能，又具有良好的機械特性。

澆注式絕緣管母生產(chǎn)基本流程是：現(xiàn)場查勘管型母線尺寸—彎曲銅管—纏繞電容屏—真空澆注環(huán)氧樹脂—成品局部加工—廠內(nèi)熱縮外護套—發(fā)送現(xiàn)場安裝，其中最關(guān)鍵的工藝是真空澆注環(huán)氧樹脂，如果澆注過程控制不當，容易產(chǎn)生裂紋或氣泡。環(huán)氧樹脂澆注式管型母線的絕緣結(jié)構(gòu)相對較好、絕緣強度較高、介損相對較低，缺點是制作工藝復雜、生產(chǎn)周期長、價格較高、中間接頭需現(xiàn)場安裝且受安裝工藝影響。

1.2 擠包式全絕緣管母

擠包式絕緣管母采用交聯(lián)聚乙烯型擠包絕緣、三元乙丙橡膠型擠包絕緣或硅橡膠擠包絕緣。通過擠包機在導體表面擠出內(nèi)半導電層、絕緣層和外半導電層，生產(chǎn)中采用三層共擠工藝來保障半導電層與導電層緊密結(jié)合。擠包式絕緣管母結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 擠包式全絕緣管母結(jié)構(gòu)

擠包式絕緣管母生產(chǎn)成本較高，直線部分的絕緣強度較高、質(zhì)量可靠性較好；缺點是很多現(xiàn)場需要的彎曲半徑較小，導致在彎曲部分出現(xiàn)絕緣損傷，若在驗收時不能及時發(fā)現(xiàn)，將會給后續(xù)安全運行留下隱患；此外中間接頭在現(xiàn)場安裝，易受現(xiàn)場安裝條件影響。

1.3 繞包式全絕緣管母

繞包式全絕緣管母采用聚四氟乙烯纏繞絕緣或聚酯薄膜纏繞絕緣，即在銅管或鋁管外層利用聚四氟乙烯帶或聚酯薄膜纏繞，層間涂抹硅油形成主絕緣層。結(jié)構(gòu)分布由內(nèi)往外依次為導體、導體屏蔽層、主絕緣層(聚四氟乙烯或聚酯薄膜)、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層、保護層，如圖2 所示。

圖2 繞包式全絕緣管母結(jié)構(gòu)

繞包式全絕緣管母生產(chǎn)基本流程是：現(xiàn)場查勘管型母線尺寸—廠內(nèi)彎曲銅管—發(fā)送現(xiàn)場安裝銅管—現(xiàn)場纏繞絕緣層—熱縮外護套。其采用絕緣帶繞包的生產(chǎn)工藝，多層絕緣復合結(jié)構(gòu)，沿復合材料界面的法向和切向強度不同，需要合理設(shè)計電容屏尺寸和位置，并嚴格生產(chǎn)工藝以保證端部場強梯度分布合理；絕緣受現(xiàn)場濕度、灰塵等因素以及施工人員技術(shù)水平影響較大；母端部制作工藝難度高，接頭或端部部位一旦存在異物或氣隙將會導致持續(xù)性放電直至擊穿。

2 事件概況

2022-04-22，運維人員在某220 kV 變電站現(xiàn)場巡視發(fā)現(xiàn)，2 號主變10 kV 戶外主變閘刀與串聯(lián)電抗器間A 相全絕緣管母有煙霧現(xiàn)象并伴有放電聲，且發(fā)展迅速，出現(xiàn)放電燒蝕并有往主變方向發(fā)展的趨勢。現(xiàn)場判斷僅拉開低壓開關(guān)無法阻止放電蔓延，且閘刀處在變壓器和異常電抗器之間，不具備人員操作條件，遂遙控斷開主變?nèi)齻?cè)開關(guān)隔離隱患，10 kV 備自投正確動作，無負荷損失，主變泡沫系統(tǒng)正確啟動，放電燒蝕迅速減小并熄滅。該異常事件發(fā)現(xiàn)及時、處置得當，成功避免了220 kV主變跳閘。

2.1 設(shè)備情況

該變電站2 號主變生產(chǎn)商為保定天威保變電氣股份有限公司，型號為SFSZ—240000/220，三相三繞組有載調(diào)壓變壓器，低壓側(cè)電壓等級為10 kV，2020 年6 月投運。10 kV 側(cè)全絕緣管母生產(chǎn)商為江蘇如皋天安電氣設(shè)備科技有限公司，型號為JGM—10 kV/4 000 A，2020 年6 月投運，結(jié)構(gòu)形式為繞包式全絕緣管母，戶外布置，因低壓側(cè)有閘刀和串抗，每相全絕緣管母分成三段。

2.2 解體檢查

2022-04-29，運維人員邀請廠家技術(shù)人員參與對損傷段全絕緣管母進行解體檢查，并在電科院指導下開展相關(guān)工作。具體檢查內(nèi)容為解體前測得管型導體對導體屏蔽層絕緣電阻為20 MΩ，表明主絕緣已擊穿；測量燒損側(cè)管母相關(guān)位置距離，測量主絕緣層電容量；對完整側(cè)管母主絕緣層的5 層電容屏進行逐層剝離，測量各電容屏層間距與電容量，自內(nèi)向外為1～5 層，測量數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 端部電容屏層間距與電容量測量數(shù)據(jù)

測試結(jié)果表明：端部電容屏呈梯度分布，每層間距53～64 mm 不等，從導電體到金屬屏蔽層累計距離為290 mm，絕緣距離滿足廠家設(shè)計要求(每層間距不少于40 mm，從導電體到金屬屏蔽層累計距離不少于200 mm)。從放電燒蝕痕跡來看，放電灼燒中心距端部約300 mm，與實測零屏距離290 mm 基本一致，表明擊穿放電發(fā)生在金屬屏蔽層的邊沿，判斷邊沿處存在絕緣薄弱點，導致?lián)舸g。

2.3 原因分析

該全絕緣管母為繞包式絕緣結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)分布由內(nèi)往外依次為導體、導體屏蔽層、主絕緣層(聚四氟乙烯)、絕緣屏蔽層、銅箔金屬屏蔽層、雙層熱縮保護套，主絕緣層內(nèi)分布5 個電容屏，端部電容屏呈梯度分布。通過解體檢查發(fā)現(xiàn)放電擊穿點位于金屬屏蔽層的邊沿、電容層末屏，由此判斷故障原因為廠商制造工藝不良，金屬屏蔽層首末邊沿場強分布不均，戶外長期運行下局部擊穿后導致間隙性放電，并發(fā)展為單相接地。

3 全絕緣管母運行缺陷分析

3.1 歷史運行情況

2021 年巡檢中首次發(fā)現(xiàn)該變電站1 號、2 號主變?nèi)^緣管母局部熱場不均。2022-04-26，現(xiàn)場紅外檢測情況為：1 號主變?nèi)^緣管母正常溫度25.5 ℃，A 相發(fā)熱點36.9 ℃，C 相發(fā)熱點30.1 ℃；2 號主變?nèi)^緣管母正常溫度26 ℃，B 相發(fā)熱點37.6 ℃，C 相發(fā)熱點39.7 ℃。同時，另一變電站1 號、3 號主變?nèi)^緣管母也發(fā)現(xiàn)了局部熱場不均的問題。2022-04-26，現(xiàn)場紅外檢測情況：1 號主變?nèi)^緣管母正常溫度28.5 ℃，A 相發(fā)熱點36.3 ℃；3 號主變?nèi)^緣管母正常溫度26.4 ℃，A 相發(fā)熱點32.8 ℃，A 相避雷器引出線發(fā)熱點40.0 ℃，A 相套管出線端發(fā)熱點39.7 ℃。

兩變電站主變?nèi)^緣管母均出現(xiàn)局部熱場不均的現(xiàn)象，廠家評估為表面積污引起，暫無惡化趨勢，要求運行人員重點關(guān)注。對該市近年來部分變電站全絕緣管母的缺陷情況進行統(tǒng)計，具體如下。

1) A 變2 號主變10 kV 限流電抗器B 相絕緣管母與穿墻套管接頭位置發(fā)熱，墻內(nèi)側(cè)溫度135.0 ℃，A、C 兩相墻內(nèi)側(cè)32.0 ℃。將2 號主變低壓側(cè)停電進行消缺。

2) B 變1 號主變10 kV 限流電抗器B、C 相絕緣管母與穿墻套管接頭位置發(fā)熱，B、C 相墻內(nèi)側(cè)溫度80.1 ℃，A 相30.0 ℃。將1 號主變低壓側(cè)停電進行消缺。

3) C 變1 號主變低壓10 kV 側(cè)絕緣管母絕緣偏低，其中B 相正常，A、C 相偏低。分段解體后，發(fā)現(xiàn)穿墻套管至電抗器段絕緣降低。檢查絕緣管母發(fā)現(xiàn)存在部分受潮現(xiàn)象，重新用3M 材料包裹后，回阻試驗合格。

4) D 變1 號主變局部熱場不均，經(jīng)廠家評估為表面積污引起，2021 年首次發(fā)現(xiàn)。觀察無惡化趨勢，要求運行人員重點關(guān)注。

5) E 變1 號主變局部熱場不均，經(jīng)廠家評估為表面積污引起，2021 年首次發(fā)現(xiàn)。觀察無惡化趨勢，要求運行人員重點關(guān)注。

6) F 變2 號主變10 kV A 相絕緣管母發(fā)熱現(xiàn)象嚴重，緊急拉停2 號主變，并將全絕緣管母改為半絕緣管母。

3.2 缺陷解決

針對該220 kV 變電站全絕緣管母故障進行分析，全絕緣管母投產(chǎn)以來每月進行常規(guī)紅外線測溫，均未發(fā)現(xiàn)異常發(fā)熱情況。同步對投產(chǎn)以來低壓側(cè)系統(tǒng)發(fā)生單相接地情況進行統(tǒng)計，只有1 號、2 號主變低壓側(cè)多次發(fā)生單相接地情況。結(jié)合2 號主變低壓側(cè)全絕緣管母已發(fā)生絕緣損壞事件以及1 號主變運行期間低壓側(cè)系統(tǒng)發(fā)生2 次接地原因不明的永久接地故障，安排2022 年10 月開展該站全絕緣管母改造工作。

4 改進措施

1) 加快在運全絕緣管母改造，完成220 kV 及戶外站110 kV 變壓器繞包式全絕緣管母改半絕緣管母以及戶內(nèi)站110 kV 繞包式全絕緣管母改半絕緣管母的治理工作。

2) 加強紅外測溫與巡視，重點關(guān)注中間接頭、終端、拐彎等關(guān)鍵部位的發(fā)熱、異響、振動、老化等異常情況，繞包式全絕緣管母和有缺陷的其他類型全絕緣管母在改造前都應納入一站一庫管控。

3) 組織開展在運全絕緣管母專業(yè)巡視和檢測，重點查看全絕緣管母外絕緣狀態(tài)、外絕緣顏色分布、鼓包、異響、振動、老化開裂、屏蔽線接地有無異常等情況，同步檢查全絕緣管母所處母線電壓(如存在電壓異常、母線單相接地，判斷是否由絕緣管母絕緣異常引起)；具備條件時開展屏蔽線接地電流檢測、特高頻及超聲局放帶電檢測。

4) 結(jié)合變壓器、開關(guān)柜停電檢修窗口，開展全絕緣管母絕緣電阻和吸收比測量、介質(zhì)損耗因數(shù)及電容量測量，必要時進行工頻耐壓試驗，定期開展設(shè)備狀態(tài)評價。全絕緣管母檢測試驗項目及要求如下。

①檢測主絕緣絕緣電阻，要求主絕緣絕緣電阻滿足廠家規(guī)程要求。

② 檢測吸收比，要求吸收比不小于1.3 或極化指數(shù)不小于1.5。

③檢測介質(zhì)損耗因數(shù)，介質(zhì)損耗因數(shù)應滿足如下條件：環(huán)氧樹脂不大于0.007；橡膠類不大于0.007；聚四氟乙烯、聚脂薄膜不大于0.005。

④ 進行交流耐壓試驗。要求試驗電壓采用出廠試驗電壓的80 %，頻率30～300 Hz，持續(xù)時間1 min，試品應無閃絡(luò)、無擊穿。

5) 對密封不良引起的發(fā)熱、異常放電等缺陷或停電試驗發(fā)現(xiàn)絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)等存在異常的全絕緣管母，在采取相應措施后仍無法消除的，應盡快開展技術(shù)改造。

6) 加強基建工程源頭管控，新、改、擴建工程應優(yōu)先選用安全可靠、便于搶修的導電排、半絕緣管母；受空間狹窄、額定電流等原因限制的，可采用澆注式或擠包式全絕緣管母，禁止選用繞包式全絕緣管母。

5 結(jié)束語

通過對一起220 kV 變電站主變?nèi)^緣管母缺陷情況的查找和分析，并結(jié)合該市部分變電站全絕緣管母的缺陷統(tǒng)計結(jié)果，總結(jié)提出了相應的改進措施，通過設(shè)備改造、巡檢檢修、加強設(shè)備檢測、優(yōu)化變電站設(shè)計選型等手段，預防和控制主變低壓側(cè)全絕緣管母異常事故的再次發(fā)生，以保證電網(wǎng)供電的安全可靠。