220千伏主變變低管型母線典型故障分析及改進(jìn)措施

施理成

摘? 要：本文首先分析了管型母線的特點(diǎn)，然后結(jié)合220kV某站管型母線運(yùn)行過程中遇到的故障實(shí)例，研究分析了管型母線故障發(fā)生的原因?；谠撈鸸收系脑蚍治?，本文提出了雙護(hù)套密封、增加密封膠等相應(yīng)的安裝工藝改進(jìn)措施。故障管型母線改造后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期運(yùn)行結(jié)果驗(yàn)證了本文所提改進(jìn)措施的有效性。

關(guān)鍵詞： 220kV主變壓器;10千伏管型絕緣母線;放電;安裝工藝改進(jìn)

0 引言

隨著主變?nèi)萘吭黾?，新?20kV變電站主變壓器變低10kV母線橋越來越多的采用空心絕緣管型母線[1-2]（以下簡(jiǎn)稱“管型母線”）替代普通矩形銅排母線。管型母線具有載流量大、功率損失小等特點(diǎn)，但其全絕緣部分容易因受潮、安裝工藝不良等因素影響。在運(yùn)行過程中存在發(fā)熱異常、絕緣護(hù)套燒毀的現(xiàn)象[3]，嚴(yán)重的將導(dǎo)致?lián)舸┓烹姸苯佑绊懽儔浩髡＿\(yùn)行。

1管型母線的組成及性能特點(diǎn)

1.1 不同引線類型接地線裝設(shè)

管型母線通常由半絕緣部分和全絕緣部分構(gòu)成。其中，管型母線半絕緣部分的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外分別為銅管型母線，聚四氟乙烯定向膜、外護(hù)套。全絕緣部分（俗稱“中間頭”）的結(jié)構(gòu)由內(nèi)至外依次為銅管型母線，中間接頭，均壓環(huán)，內(nèi)護(hù)套，屏蔽筒，外護(hù)套。

1.2 不同引線類型接地線裝設(shè)

與普通的實(shí)心、矩形銅排狀10kV變低母線相比，管型母線具有如下特點(diǎn)：

1. 管型母線為空心導(dǎo)體，表面積大，導(dǎo)體表面電流密度分布均勻，集膚系數(shù)Kf≤1，遠(yuǎn)小于矩形母線（約為1.8）。交流電阻小，母線的功率損失小。管型母線特別適合電流大的回路，其載流量一般在3000A～6000A，因此越來越多地在180MVA以上容量的220kV主變的10kV變低側(cè)使用。

2. 散熱條件好，溫升低。管型母線為空心導(dǎo)體，母線內(nèi)徑風(fēng)道能自然形成熱空氣對(duì)流，（室內(nèi)與室外的氣壓差，能自然形成空氣對(duì)流，散熱條件好。

3. 允許應(yīng)力大、機(jī)械強(qiáng)度高。管型母線的允許應(yīng)力為矩形母線的4倍，因此可承受的短路電流大，機(jī)械強(qiáng)度高，使得母線支撐跨距增大。

4. 主絕緣材料采用聚四氟乙烯，可在-250°C——+250°C度中工作，具有良好的電氣性能及化學(xué)穩(wěn)定性，介質(zhì)損耗小，阻燃，耐老化，使用壽命長(zhǎng)。

綜上分析，管型母線具有載流量大、功率損失小等特點(diǎn)，但其全絕緣部分容易因受潮、安裝工藝不良等因素影響，嚴(yán)重的將導(dǎo)致?lián)舸┓烹姸苯佑绊懼髯儔浩髡＿\(yùn)行。

2 管型母線典型故障分析

220kV某站投建于2009年，采用兩臺(tái)180MW容量的主變壓器，其變低母線橋采用的是型號(hào)為JTMP-12/4000的管型母線。設(shè)備運(yùn)維人員在測(cè)溫過程中，發(fā)現(xiàn)其變低母線橋溫升異常。為了徹底消除故障，相關(guān)人員對(duì)管型母線全絕緣部分進(jìn)行拆解，分析了故障實(shí)例發(fā)生的原因，并提出了相應(yīng)的工藝改進(jìn)措施。

2.1? 典型故障類型

試驗(yàn)所高壓試驗(yàn)班對(duì)#1主變變低管形母線橋進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，測(cè)得耐壓前各相管型母線絕緣值分別為3730，4.58，1320MΩ，耐壓后各值為4750，1.16，1500MΩ。低于廠家給出的絕緣電阻標(biāo)準(zhǔn)值（≥1000 MΩ），且C相絕緣電阻值偏低，試驗(yàn)不合格。

變低母線橋絕緣電阻測(cè)量結(jié)果不合格，存在極大的因變低母線橋短路引起的主變事故停電風(fēng)險(xiǎn)，因此，專業(yè)人員對(duì)故障管型母線的全絕緣連接處進(jìn)行解體檢查。第一步，將屏蔽筒外圍的熱縮套拆除。如圖1所示，法蘭連接面的螺栓有明顯銹蝕痕跡。第二步，拆除法蘭面檢查屏蔽管內(nèi)部情況。如圖2所示，屏蔽管的接地銅線受潮發(fā)綠，并檢查到屏蔽筒內(nèi)部和底部有明顯放電痕跡。第三步，內(nèi)部熱縮套檢查。如圖3所示，當(dāng)把內(nèi)部熱縮套一側(cè)防水膠密封不良，并存在輕微卷角、皺皮、老化現(xiàn)象。

從試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，C相的絕緣電阻值偏低，存在絕緣降低風(fēng)險(xiǎn)。為了確保設(shè)備能夠可靠運(yùn)行，研究決定依次對(duì)A、C兩相也進(jìn)行解體排查。在拆除A相外部熱縮套時(shí)，屏蔽筒內(nèi)干燥、無放電痕跡，只有少許的氧化鋁粉末。內(nèi)部熱縮套完好無損。在拆除C相外部熱縮套時(shí)，發(fā)現(xiàn)屏蔽筒內(nèi)有少許的放電痕跡;把屏蔽筒移位后，內(nèi)部熱縮套有明顯放電現(xiàn)象;拆開內(nèi)部熱縮套發(fā)現(xiàn)均壓桶內(nèi)有大量氧化鋁白色粉末，同樣存在皺皮等現(xiàn)象。

2.2 故障原因分析

通過以上對(duì)故障的管型母線的拆解結(jié)果可知，B相屏蔽筒內(nèi)部和底部有明顯放電痕跡，C相屏蔽筒內(nèi)有少許的放電痕跡，A相無放電痕跡，這結(jié)果也與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果相符合。

通過以上拆解結(jié)果可知，管型母線絕緣電阻降低甚至放電的直接原因就是密封熱縮套密封不良，導(dǎo)致管型母線與絕緣筒空間互通。某站所屬地區(qū)天氣較為潮濕，潮氣進(jìn)入到絕緣筒中，進(jìn)一步導(dǎo)致管型母線絕緣降低，最終產(chǎn)生放電擊穿。對(duì)安裝過程進(jìn)行分析，內(nèi)護(hù)套密封不良的原因主要有兩個(gè)方面：

A、安裝時(shí)，管型母線清理不徹底;B、內(nèi)護(hù)套熱縮時(shí)工藝不佳。

拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)ABC三相的均壓環(huán)都有不同程度的放電、氧化痕跡，因此，均壓環(huán)與管型母線沒有連接，造成不等電位也是產(chǎn)生放電的原因。

3 采取的改進(jìn)措施

在運(yùn)行過程中，管形母線內(nèi)是允許也不可避免地有潮氣和水份的存在，但在密封熱塑套與絕緣筒之間的空間內(nèi)是不允許有潮氣的存在，當(dāng)其空間有潮氣存在時(shí)就會(huì)導(dǎo)致絕緣降低，嚴(yán)重的會(huì)對(duì)絕緣筒進(jìn)行放電甚至爆炸。

通過研究和分析，相關(guān)人員決定更換220kV某站變低10kV管型母線三相均壓環(huán)，B、C兩相屏蔽筒由廠家更換相同型號(hào)、試驗(yàn)合格的備品，對(duì)A相的屏蔽筒進(jìn)行清潔。由于B、C相發(fā)生放電的主要原因是工藝不佳導(dǎo)致，因此，本文提出了以下相應(yīng)改進(jìn)措施。

3.1 銅編制帶不能受潮發(fā)綠

如圖4所示銅編織帶更換后效果。管型母線上接地銅編織帶如受潮發(fā)綠，則必須進(jìn)行更換。已經(jīng)受潮并發(fā)綠的銅編織帶性能已經(jīng)下降，且表面存在細(xì)微的粉塵，容易造成護(hù)套松脫，禁止使用。

3.2 均壓環(huán)增加接地銅編織帶

如圖5所示，在均壓環(huán)增加了銅編織帶，作用是使均壓環(huán)與管型母線等電位，防止管型母線對(duì)均壓環(huán)放電。安裝的過程相比之前增加了一道工序，即增加一層內(nèi)護(hù)套，加強(qiáng)防水效果。

3.3 護(hù)套采用雙密封層密封

如圖6所示，進(jìn)行護(hù)套密封時(shí)，采用雙層密封，同時(shí)防水密封膠要雙層均勻纏繞在管型母線上，已加強(qiáng)其絕緣效果。

3.4 外部密封宜采用3M DP460膠水密封

外護(hù)套長(zhǎng)期暴露在大氣中，因受日曬雨淋，酸雨侵蝕，容易卷角，松脫，從而導(dǎo)致水汽入侵管型母線內(nèi)部。在進(jìn)行管型母線外部密封時(shí)，一定要確保屏蔽筒內(nèi)部干燥，因此，熱縮套的外部封口處采用密封膠對(duì)其進(jìn)行密封。

在眾多的密封膠中，建議采用3MDP460膠水，這是一款高性能AB膠，主要成分為長(zhǎng)操作時(shí)間的堅(jiān)韌型環(huán)氧樹脂，2～4小時(shí)達(dá)到操作強(qiáng)度，中性、氣味小，無污染，能有效的密封外護(hù)套的縫隙，阻止酸雨對(duì)密封口進(jìn)行侵蝕。

4試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1改造完成后試驗(yàn)結(jié)果

安裝完成后，專業(yè)人員對(duì)#1主變變低管形母線橋進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，測(cè)得耐壓前各相管型母線絕緣值分別為5260，5568，5366MΩ，耐壓后各值為5365，5632，5565MΩ，試驗(yàn)結(jié)果全部合格。

4.2長(zhǎng)期運(yùn)行后試驗(yàn)結(jié)果

220kV某站變電10kV管型母線改造完成后1.5年，結(jié)合主變停電，專業(yè)人員再次對(duì)#1主變變低管形母線橋進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。測(cè)得耐壓前各相管型母線絕緣值分別為5272，5506，5201MΩ，耐壓后各值為5305，5682，5572MΩ，試驗(yàn)結(jié)果全部合格，且與剛改造后試驗(yàn)的數(shù)值相比，絕緣電阻值無明顯下降。

5 結(jié)語

本文針對(duì)變電站越來越多采用的空心絕緣管型母線的接頭處容易擊穿放電的問題，提出了通過雙護(hù)套密封和外護(hù)套采用采用3M DP460膠水密封，能有效阻止潮氣進(jìn)入管型母線全絕緣護(hù)套內(nèi)部，同時(shí)使用帶接地銅編織帶的均壓環(huán)，可以防止管型母線因絕緣降低造成放電，提高管型母線的安全可靠性的措施。

220kV某站變電10kV管型母線改造完成后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期運(yùn)行的結(jié)果，驗(yàn)證了本文所提改進(jìn)措施的有效性。

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