本文搜集分析了絕緣管型母線近年來運(yùn)行中出現(xiàn)的典型故障，對(duì)具有共性的故障原因進(jìn)行分析和分類。
1 型式設(shè)計(jì)/生產(chǎn)工藝引入缺陷
絕緣管型母線采用固體絕緣，型式設(shè)計(jì)和生產(chǎn)難度較普通母線類設(shè)備大。其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮場(chǎng)強(qiáng)的均勻、絕緣材料間界面強(qiáng)度以及使用中絕緣的防潮等問題;依據(jù)絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求選用長期性能穩(wěn)定的絕緣材料;生產(chǎn)中應(yīng)控制絕緣成型工藝，避免引入毛刺、尖端、懸浮導(dǎo)體或氣泡等缺陷。目前該類設(shè)備在中國發(fā)展尚在起步階段，一些生產(chǎn)廠家對(duì)影響該類設(shè)備質(zhì)量和性能的關(guān)鍵點(diǎn)缺乏充分認(rèn)識(shí)，沒有足夠的設(shè)計(jì)能力和相應(yīng)制造水平，導(dǎo)致設(shè)備質(zhì)量存在問題。
山東某變電站服役不到2年的10 kV硅橡膠擠包絕緣管型母線，在正常運(yùn)行中的本體彎管處絕緣層擊穿，導(dǎo)致嚴(yán)重?zé)龤�，如圖5所示。
分析設(shè)備絕緣型式，為硅橡膠擠包型
絕緣管型母線，但未采取三層共擠工藝，無內(nèi)屏蔽層，僅整體擠出絕緣層，并利用半導(dǎo)電帶材料手工纏繞外屏蔽層。無屏蔽層或屏蔽層制作工藝不佳，生產(chǎn)環(huán)節(jié)容易在絕緣材料和電極間引入氣隙、毛刺等缺陷。擠包式絕緣管型母線的彎管生產(chǎn)工藝為先在直線段上整體擠出絕緣層，再利用彎管機(jī)將導(dǎo)體和絕緣層以一定的彎曲半徑使其形變。即使彎管過程中絕緣未受機(jī)械損傷，彎管內(nèi)側(cè)絕緣受擠壓作用，易產(chǎn)生氣隙;彎管外側(cè)受拉伸作用，絕緣減薄，且相當(dāng)于絕緣中預(yù)施加了較大機(jī)械應(yīng)力，這也將使得彎管處絕緣性能下降。在長期運(yùn)行中，在較低(相電壓約6 kV)電壓下，缺陷累積發(fā)展，造成擊穿。
目前，絕緣
管型母線安裝相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)逐步出臺(tái)，行業(yè)監(jiān)管也不斷加強(qiáng)。通過推薦合理的絕緣結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行充分、有效的型式試驗(yàn)檢驗(yàn)，將能夠有效甄別出質(zhì)量合格產(chǎn)品，從根源上減少該類故障出現(xiàn)的幾率。
2 安裝引入缺陷
與電力電纜類似，絕緣管型母線的接頭需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝。因此其整體性能，特別是絕緣性能，與現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)節(jié)緊密相關(guān)。
對(duì)絕緣管型母線，安裝環(huán)節(jié)應(yīng)有完整的工藝流程。(1)由于該設(shè)備為長線段、剛性安裝，其尺寸應(yīng)精確控制。如控制不當(dāng)，可能造成母線(含絕緣)不同軸，接頭與本體位置與設(shè)計(jì)不符等問題，導(dǎo)致絕緣結(jié)構(gòu)不合理，局部場(chǎng)強(qiáng)集中，形成絕緣隱患。(2)安裝環(huán)節(jié)須采取保護(hù)措施，注意防塵、防潮，否則相較于工廠內(nèi)生產(chǎn)，安裝環(huán)節(jié)更易引入毛刺、尖端、懸浮導(dǎo)體、氣泡或絕緣受潮等缺陷。(3)應(yīng)按工藝要求做好設(shè)備密封等工作，以免在長期運(yùn)行中影響設(shè)備性能。
湖北某110 kV變電站的10 kV澆注式絕緣管型母線在投運(yùn)不到10天，中間接頭處發(fā)生擊穿，引發(fā)低壓側(cè)線路大火。
該絕緣管型母線接頭處為軟連接外套，如圖6所示的絕緣屏蔽筒的形式，其連接處均壓結(jié)構(gòu)由母線本體端部和屏蔽筒內(nèi)的電容屏共同構(gòu)成。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)，故障母線屏蔽筒與本體段的配合因錯(cuò)位而產(chǎn)生不同程度的傾斜，這將導(dǎo)致以下問題。(1)本體及屏蔽筒之間可能形成縫隙導(dǎo)致密封不嚴(yán)，潮氣甚至雨水可能直接進(jìn)入屏蔽筒;(2)屏蔽筒的移動(dòng)導(dǎo)致電極位置發(fā)生偏移，電場(chǎng)分布與設(shè)計(jì)的正常分布相比，發(fā)生畸變，這將使得部分絕緣承受超出設(shè)計(jì)值的電場(chǎng)作用，而在較短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生缺陷并發(fā)展為故障。
為減少該類故障，須從規(guī)范安裝流程及監(jiān)督管理制度和開展有針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)兩方面同步著手，確保安裝環(huán)節(jié)工藝到位。
3 運(yùn)行過程中產(chǎn)生缺陷
絕緣管型母線本身是免維護(hù)設(shè)備，一方面，不良的運(yùn)行環(huán)境也有可能導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)行中產(chǎn)生缺陷，主要是受潮、機(jī)械損傷以及過熱、過電壓造成的局部絕緣損壞;另一方面，固體絕緣不可避免地存在正常老化和局部薄弱處，正常運(yùn)行中也可能出現(xiàn)缺陷，主要是局部絕緣電擊穿等絕緣損壞。
陜西某35 kV繞包式絕緣管型母線服役7個(gè)月，本體端頭絕緣層擊穿，造成嚴(yán)重?zé)龤А＝?jīng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，故障母線端部有受潮跡象。造成受潮的原因有：一是該地區(qū)季節(jié)間和晝夜溫差變化很大，絕緣母線護(hù)套材料耐候性不滿足要求，運(yùn)行過程中反復(fù)出現(xiàn)熱脹冷縮導(dǎo)致開裂、形變，造成密封性下降;二是母線端部為豎直段，接地線從護(hù)套層引出，引出點(diǎn)密封不良，易使潮氣甚至雨水進(jìn)入。
聚四氟乙烯材料本身不易受潮，且性能不受潮氣影響，但其纏繞結(jié)構(gòu)使得水分能夠深入絕緣帶層間。另外，端部絕緣層間除了承受徑向垂直場(chǎng)強(qiáng)作用外，還承受軸向水平方向電場(chǎng)作用。上述因素使得繞包式絕緣的層間易發(fā)生沿面放電。圖7所示的是一起典型的繞包式絕緣層間放電類故障，在接地屏端部發(fā)現(xiàn)了沿聚四氟乙烯面表面發(fā)展的樹狀放電痕跡。若這種放電發(fā)展至貫穿電極，將造成擊穿。
要避免該類故障，需要長期積累設(shè)備運(yùn)行性能相關(guān)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，一方面尋求在設(shè)備運(yùn)行工況的電、熱、機(jī)械作用和環(huán)境因素綜合作用影響下，提高設(shè)備長期運(yùn)行性能的方法;另一方面，規(guī)范設(shè)備運(yùn)維方法及運(yùn)行中檢測(cè)手段，掌握設(shè)備的綜合服役狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中產(chǎn)生的缺陷，從而避免故障的發(fā)生。
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