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摘要：本文以变电站10kV开关室常见的半绝缘型进线管母为研究对象，对其投运后不久出现异常放电现象进行了全面的理论分析和讨论。结合该绝缘管母绝缘结构设计和现场解体分析结果指出，管母端部密封不严，外部水分沿着绝缘材料纵向侵入管母本体引起绝缘电阻下降，导致各部分绝缘之间电压分布不合理，是引发此次异常放电的根本原因。最后，本文就生产厂家在结构设计、生产制造、现场施工和运行单位的日常维护等几个方面分别提出了针对性的建议。
0. 绪论
母线作为连接输电、变电和配电装置的关键设备之一，起到电能的汇聚和分配作用，对电力系统的安全稳定运行起着举足轻重的作用。随着电网中变电容量的逐年增大，传统的矩形、棒形和槽形母线在单位截面载流量、绝缘强度和散热特性等方面越来越难满足设计的需求。近些年出现的绝缘管型母线有效地解决了上述的技术难题，在电力设备特别是在变电、配电设备中获得了越来越多的应用。和传统母线相比，绝缘管型母线具有电场分布均匀、工频电阻小、绝缘强度高、耐化学腐蚀性强和使用寿命长等优点[1]。
然而作为一种新型产品，绝缘管母在结构设计、制造安装和质量检测等方面尚没有相应的国家标准可以参考，这给管母的质量把关和运行维护工作带来了不小的挑战。统计数据表明：在重庆市范围内已发生过多起绝缘管母烧毁、鼓包、击穿等故障，严重影响了系统的供电可靠性，给电网公司造成了巨大的经济损失。
在此背景下，本文以重庆市电力公司某110kV变电站内绝缘管母异常放电的情况进行了调查研究，详细分析了管母异常放电发生的原因，指出了该类绝缘管母存在的设计缺陷，最后分别从生产厂家和设备运维管理单位的角度提出了几条保障绝缘管母运行安全的几点建议。
1、故障概述
2017年4月，重庆市某电力公司运维人员在对某110kV变电站10kV开关室内设备进行巡视过程中发现：1号主变10kV侧管母处附近有间歇性的异常放电声，但现场无法辨别具体的放电位置和放电程度。随后检修人员赶赴现场进行专业勘察，并利用紫外线成像仪对放电位置进行定位。经检查发现，1号主变10kV管母进开关柜侧B相管母与绝缘支撑板之间有明显的放电现象，其他两相暂未发现异常（见图1）。
图 1 紫外线成像仪成像结果
2、故障设备解剖及放电原因分析
2.1 绝缘管型母线的绝缘结构设计及工艺
按照绝缘方式的不同，绝缘管型母线分为全绝缘性型管母和半绝缘型管母两大类[1,2]。全绝缘型管母在结构上带有接地的金属屏蔽层，管母导电杆和屏蔽层之间的绝缘介质长期承受着母线相电压的作用，具有很高的绝缘强度。该类管母三相可以通过金属支架紧密地敷设在一起，可以看作是广义的三芯电缆。和全绝缘型管母不同，半绝缘的金属管绝缘母线绝缘强度相对较低，需要在支柱绝缘上进行敷设，三相管母之间不能够紧密接触，实质上就是导电金属管穿耐气候的绝缘套管而已。
本文中研究的管母为半绝缘型管母，型号是：JTMP 10/4000，其截面剖面结构示意图如图2所示。从内到外分别为：空心导电铜管、聚四氟乙烯（PTFE）包绕带、绝缘热缩套1、半导体自粘带、热缩套2和外护套。其中导电铜管、PTFE包绕带和绝缘热缩套的制作及组装过程均在生产车间内完成，其余部分为现场安装。
图 2 半绝缘型管母结构剖面示意图
2.2 故障管母的现场解剖情况
由于B相管母与绝缘支撑之间已经发生较严重的局部放电，为了避免缺陷进一步发展造成管母对地的闪络事故发生，变电运检室立即申请停用#1主变回路，对故障管母作进一步的检查处理。为了全面地了解该类管母在生产制造及现场安装过程中存在的问题，并对其故障原因进行分析，现场作业人员在对故障管母解剖过程中进行了细致的观察和记录，发现了以下现象和问题：
1、故障相管母终端连接处螺母有明显的锈蚀现象（见图3），非故障相管母没有发现类似情况。通过以上现象可以判定故障相管母有受潮迹象，且水分是沿着故障相管母侵入开关柜内。
2.3 故障相管母异常放电原因分析及讨论
本文论述的为半绝缘型母线，其对地绝缘主要由管母主绝缘、支撑绝缘和二者之间的气隙绝缘三部分构成。各部分绝缘之间承受的电压和自身阻抗正相关。正常情况下管母主绝缘的阻抗值要远高于空气绝缘和绝缘支撑阻抗的和，运行电压大部分降落在绝缘管母的主绝缘上，各部分绝缘之间的电场分布合理。随着强极性水分子的不断侵入，管母的表面泄露电流会急剧增加导致发热严重，对固体绝缘产生严重的烧蚀现象（见图3），绝缘管母的阻抗值会急剧降低，空气隙绝缘所承担的电压随着受潮程度的加深而不断增大，而空气的绝缘强度在三中绝缘当中是最弱的，放电首先在空气隙中发生。放电过程中产生的高能粒子会不断撞击固体绝缘，在固体绝缘表面产生树枝状爬痕（见图3、4），对固体绝缘产生不可逆损伤，降低了固体绝缘的绝缘电阻，形成恶性循环进一步加剧了放电过程[3]。
为了验证上述分析的正确性，检修人员利用摇表、微安表和铝箔三电极分别对三相管母终端接头处的1min直流体电阻、面电阻和绝缘电阻吸收比进行实验研究。绝缘电阻吸收比是反映绝缘材料绝缘性能的重要参量，定义为K=R60s/R15s，该值通常不小于1.3，且越接近于1说明绝缘受潮或存在集中性缺陷可能性越高[4]。绝缘电阻测试电路图如图6所示，实验结果见表1。
由表1的试验结果可知，故障相管母的绝缘性能明显变差，其体电阻仅为正常相的50%左右，面电阻降低的更为严重，和正常相的面电阻相差将近一个数量级。至此，可以基本判定绝缘管母受潮导致绝缘性能劣化是引起此次管母异常放电现象的根本原因。
3、防范措施及建议
作为一种新型大电流汇流设备，绝缘管型母线在主变低压侧出口处得到了广泛的应用，然而到目前为止，针对该类母线的制造安装和质量检测等方面尚没有相应的国家标准可以参考，各个厂家生产的产品又参差不齐，在全国范围内已有多起绝缘管母烧毁、鼓包、击穿等严重事故发生。一旦此处发生故障，轻则会导致主变压器低压侧负荷无法送出，影响供电可靠性，重则会引起变压器和开关柜等主设备严重受损，给供电公司带来巨大的经济损失。
本文结合近期变电站内一起绝缘管母异常放电故障，在对故障管母进行了现场解剖和理论分析的基础上，指出了该类管母在绝缘结构设计及现场安装等方面存在的缺陷。并分别从厂家和设备运维单位的角度出发，提出了几点全方位提升绝缘管型母线运行可靠性的建议。
1.本文中论述的管母采用的是多层绝缘材料沿径向逐层包绕的绝缘方式，一旦出现绝缘层之间包绕不紧的情况，外界水分极容易沿着管母入侵到开关柜内侧，给设备的安全带来隐患。因此建议厂家在管母的各层绝缘之间涂一层硅油，构成油-膜复合绝缘结构。一方面可以有效祛除各层绝缘之间的气泡以提高主绝缘的绝缘强度，同时强憎水性的油分子还可以有效的防止外界水分的入侵。
2.绝缘管母受潮导致管母终端处面电阻大幅降低是引起此次异常的放电的主要原因之一。因此可以考虑将管母终端接头处的普通绝缘护套换成带有伞裙结构的绝缘护套，这样即使管母终端受潮，只要外绝缘的爬电距离足够，也不会引发绝缘性故障。
3. 在开关柜内部加装空气除湿装置，保证开关柜内各部件处于干燥的环境中，可以从源头上根治管母终端受潮情况发生。
4. 加强日常的巡视工作，利用红外测温、紫外成像和地电波局部放电检测等方法定期对管母进行在线监测，有效掌握设备的运行状态，确保设备的安全运行。
参考文献
[1]杨帆, 张耀东, 周启义,等. 一起绝缘管型母线故障的综合缺陷分析及防范措施[J]. 湖北电力, 2015, 39(8).
[2]张星海, 刘凤莲, 邓元实,等. 35 kV绝缘管型母线运行异常分析及结构探讨[J]. 高压电器, 2016(1):190-197.
[3]金维芳．电介质物理学[M]．北京：机械工业出版社，1997．
[4]冷勇. 变压器绝缘电阻和吸收比分析[J]. 高电压技术, 2002, 28(4):21-23.
论文作者:王晓峰,陈刚,陈向全,王永华,曹立爽,梁涛,赵志
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/22
标签：母线论文; 故障论文; 电阻论文; 异常论文; 现场论文; 终端论文; 设备论文; 《电力设备》2017年第19期论文;