35 kV管型母線絕緣擊穿成因分析與預防措施

黃龔相

(大唐涼山新能源有限公司，四川 西昌 615000)

絕緣管型母線是電力企業(yè)在輸送電力資源時必要的基本設(shè)施，其故障不僅會造成升壓站大面積停電，甚至會引發(fā)連接的主變壓器、開關(guān)柜等設(shè)備損壞。為了減少絕緣管型母線在應(yīng)用時出現(xiàn)的故障，國外主要致力于它的制作工藝技術(shù)上。而我國則將探討的方向集中在它的應(yīng)用了，其中包含它的應(yīng)用技術(shù)、應(yīng)用時可能出現(xiàn)的故障和減少故障的應(yīng)用方法。這些研究主要集中在管型母線的研發(fā)和應(yīng)用上，較少針對風電場中管型母線的故障排除問題進行探討。在施工期間運作，會由于未做好35 kV管型母線絕緣防護、安裝工作，從而在運行期間出現(xiàn)因絕緣擊穿所造成的安全事故。因此，本文討論如何有效降低和消除安全隱患，做好檢查和排除管型母線絕緣擊穿的工作，并通過加裝防振裝置、增大對地距離、提高安裝工藝等措施，以此來消除運行期間再次絕緣擊穿的風險。最后，以某風電場絕緣管型母線擊穿事件作為案例，分析35 kV管型母線絕緣擊穿故障成因、介紹檢查分析與故障排除方法，并闡明預防措施的實施問題。

1 成因分析

35 kV管型母線絕緣擊穿是電力系統(tǒng)生產(chǎn)中常見的安全故障之一(見圖1)，與電纜絕緣擊穿故障類型相似。關(guān)于它的成因，不僅學者們在探討，風電場在開展生產(chǎn)時也在實踐中總結(jié)經(jīng)驗。經(jīng)歸納分析發(fā)現(xiàn)這種故障產(chǎn)生主要原因以下幾方面。

圖1 故障擊穿點

1)運輸過程中顛簸后產(chǎn)生磕碰及摩擦力、施工過程存在交叉作業(yè)或施工存放過程中母線存在被磕碰的風險，母線在遭受外力后，內(nèi)部絕緣層受損，長期放電，絕緣層材料老化，導致接觸電阻變大，從而絕緣內(nèi)部發(fā)生懸浮電位放電發(fā)熱。

2)管型母線跟主變連接部位螺栓有無緊固，如無緊固，發(fā)熱可導致絕緣層受損。

3)由于該管型母線安裝在主變低壓側(cè)，會與主變產(chǎn)生共振，管型母線整體在長時間晃動作用下，從而導致絕緣受損，在接通電源后局部高溫發(fā)熱，最終管型母線絕緣擊穿放電接地[1]。

2 預防措施

為了減低35 kV管型母線絕緣擊穿造成的故障發(fā)生，風電場需結(jié)合生產(chǎn)運行的需求，提出并制訂了以下的預防措施。

1)完成絕緣材料的升級改造，為了提高升壓站35 kV管型母線運行的穩(wěn)定性，通過與廠家溝通，部分35 kV管型母線管線材料結(jié)構(gòu)已經(jīng)老舊，雖然它們看似絕緣性能良好，但是為了材料滿足當前人們使用的需求及安全穩(wěn)定運行，需將結(jié)構(gòu)老舊的管線全部更換。在更換時需要確保三相管母線材料、用量、規(guī)格一致性，以避免安全隱患的再次發(fā)生[2]。

2)提高包裝防護等級，管型母線在運輸過程中難免存在磕碰摩擦等情況，鑒于該情況，應(yīng)在運輸前根據(jù)運輸條件、現(xiàn)場存放的情況做好包裝，進一步提高防護等級。

3)優(yōu)化施工的安全管理策略，通過優(yōu)化管理制度，對材料管理及施工驗收人員的工作提出要求，工作人員必須根據(jù)現(xiàn)場條件做好管母線等輔助材料的保管防護，同時嚴格把握質(zhì)量安裝和驗收管理關(guān)。在使用材料時，就需要結(jié)合施工要求優(yōu)選材料。結(jié)合時代的發(fā)展做好防水或防外力的防控措施。管理人員需要對管理的項目內(nèi)容承擔責任[3]。

4)做好施工人員的安全教育培訓，提高人員綜合素質(zhì)，強化監(jiān)督責任力度；強化工程現(xiàn)場管理，加大安全隱患排查力度，嚴格開展專業(yè)分項工程的檢查與驗收[4]。

5)做好運行日常動態(tài)的系統(tǒng)監(jiān)控工作，如果在故障發(fā)生以前，就能對系統(tǒng)運行的情況進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)一些潛在的安全隱患，就能減少故障發(fā)生。根據(jù)這一需求，加大巡回檢查力度，使用測溫槍、紅外成像儀等設(shè)備對重要部位進行檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)電暈放電異常情況或零、低值絕緣子恂常的現(xiàn)象。只有及時發(fā)現(xiàn)這類安全隱患，才能及時做好故障排查的工作，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

6)完善應(yīng)急處置體系，結(jié)合實際情況編制相關(guān)故障的應(yīng)急處置預案，通過開展應(yīng)急演練對預案進行修編完善，以提高運行人員的應(yīng)急處置能力，最終達到預期效果。

3 案例分析

3.1 故障概況

某風電場220 kV升壓站主變差動保護動作，主變高、低壓側(cè)斷路器保護跳閘，導致所屬的35 kV集電線路停運。通過檢查發(fā)現(xiàn)升壓站35 kV管型母線A相已有明顯絕緣擊穿損壞現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)故障的部位絕緣層已經(jīng)全部燒毀，銅管母已經(jīng)裸露。該升壓站35 kV管型母均為全絕緣結(jié)構(gòu)，通過主變低壓側(cè)穿墻至35 kV集電線路開關(guān)柜內(nèi)，并安裝有屏蔽線接地，A、B、C三相避雷器，穿墻面前后1.5 m處分別設(shè)有三相嵌入式接頭，母線中段設(shè)三相絕緣支撐，主變低壓側(cè)處、35 kV開關(guān)柜內(nèi)接頭為銅軟連接。

3.2 檢查分析

對故障發(fā)生的因素進行排查：①對外觀進行排查，A相為故障相，它的絕緣層已經(jīng)燒毀，銅導體露出，在非故障部位，外觀沒有異常。B/C相位為正常相，外觀無異常。②對屏蔽線斷裂可能存在的故障進行排查，使用萬用表通斷蜂鳴檔進行測試，結(jié)果如下：A、B、C三相均有蜂鳴聲，并且接地良好，由此可以了解屏蔽線斷裂這一因素排除。③對材料的絕緣材料呈現(xiàn)的效果進行檢測。使用2 500 MΩ表搖絕緣進行檢測，檢測的結(jié)果為：A相絕緣值為2.8 MΩ，而規(guī)程要求為必須大于2 000 MΩ，結(jié)果不合格；B相絕緣值為4 800 MΩ，而規(guī)程要求為必須大于2 000 MΩ，結(jié)果合格；C相絕緣值為5 200 MΩ，而規(guī)程要求為必須大于2 000 MΩ，結(jié)果合格，從檢測的結(jié)果看到A相絕緣值遠低于規(guī)程的要求，由此可判斷B、C兩相絕緣尚好，故障點A相絕緣擊穿損壞，需重新更換。

3.3 故障處理

升壓站35 kV管型母線均為全絕緣結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的剖面由內(nèi)至外分別為金屬導體、半導電層、主絕緣層、半導電層、屏蔽層、絕緣護套層。這種結(jié)構(gòu)要求絕緣層外絕對不帶電，它允許與接地物件接觸，并且這種結(jié)構(gòu)的管型母線接地以后，可以直接與地碳接觸，而不要求在接地時做好絕緣子保護，然而這種結(jié)構(gòu)的管型母線對密封工藝要求相當高，在施工時，如果沒有控制好施工質(zhì)量，那么母線端部、中間接頭、屏蔽接地引出線等位置均易出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，如果施工質(zhì)量沒有得到控制，則會引起滲水現(xiàn)象。應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的管型母線的絕緣材料一旦出現(xiàn)了故障問題，就必須更換全部的材料，實際上它的維修成本比較高。

故障處理過程(見圖2)：①在35 kV室內(nèi)中間接頭至主變低壓側(cè)管型母線重新加工生產(chǎn)，單相總長27 m，穿墻面前后1.5 m處分別設(shè)兩段嵌入式接頭，在連接時做好防水處理，然后使用雙層熱縮套管及絕緣套膠進行密封。②在穿墻套管主變側(cè)增設(shè)一組支柱絕緣子支撐，防止因管型母線連接的主變、35 kV開關(guān)柜運行產(chǎn)生的共振晃動。③使用絕緣層將母線與金屬抱箍接觸面絕緣隔開，對抱箍內(nèi)的間隙空間使用絕緣填充物填充，防止共振摩擦降低絕緣強度，同時提高整段母線共振的穩(wěn)定性。④擴寬35 kV開關(guān)室穿墻預留孔，增大對地放電距離。⑤并在擴寬位置再增設(shè)一組三相支撐絕緣子，更換穿墻絕緣隔板，進一步提高運行可靠性高，可以避免同類安全事故發(fā)生。

圖2 處理更換母線

雖然新更換的管型母線出廠前均通過各項試驗，但考慮在運輸、安裝過程中發(fā)生磕碰，絕緣強度降低，因此在安裝結(jié)束后，帶電投運前，對35 kV管型母線進行交流耐壓試驗，以此了解整個電氣回路是否存在安全隱患。提前發(fā)現(xiàn)安全隱患可以避免發(fā)生該次故障中由于一個安全隱患造成整條線路存在的安全隱患問題。

4 結(jié) 語

通過該管型母線絕緣擊穿的案例中，對擊穿點進行了排查及三相管型母線更換，并采取了相關(guān)預防措施，同時也暴露出了設(shè)備在運輸、保管防護、安裝等環(huán)節(jié)均存在管理上的漏洞，因此人們需要做好以下幾點防控措施。

1)完善設(shè)備安全運行管理措施，做好日常監(jiān)控，對存在的隱患即時發(fā)現(xiàn)即時消除。

2)為進一步提高設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，通過升壓站定期檢修，對管型母線本體及連接的主要設(shè)備進行檢查，結(jié)合運行期觀察情況，提出有效合理的升級優(yōu)化改造方案，通過審批后及時予以實施改造，避免重復性故障發(fā)生。

3)加強設(shè)備運行數(shù)據(jù)分析，掌握設(shè)備健康度，提前消除各類設(shè)備的安全隱患，強化安全管理，避免事故發(fā)生。