复合屏蔽绝缘管母线局部发热成因及案例处理

姜庆密 亓富军 田纪法

(山东临沂供电公司，山东 临沂 276003)

随着电力工业的发展，国民经济的快速、稳步增长，企业、居民用电量呈直线上升，各电压等级变电站的主变低压侧出线电流变得越来越大；常规母线在技术上和结构上越来越难满足母线发热和短路电动力的要求，电力部门越来越需要一种载流量大、安全系数高的导电产品来代替原有的矩形母线。近年来，管型绝缘母线产品在国内已经得到广泛的推广，产品被应用到电力、水利等多个行业和领域。该产品因其高可靠性、经济性、方便性深受用户的欢迎。在实际工程中广泛应用，获得了良好的效果。

1 复合屏蔽绝缘管母线结构特点及在临沂电网的运行现状

1.1 复合屏蔽绝缘管母线的结构与特点

复合屏蔽管型绝缘母线的绝缘结构如图 1所示，其既具有电缆的特点，同时又具有离相封闭母线载流量大的特点，因而其使用范围非常广泛，不仅可以在户外、户内架空铺设，同时也可以在电缆沟、电缆夹层、电缆隧道、墙壁上铺设。在国外，同类的母线产品也被称之为管型电缆。

图1 复合屏蔽绝缘管母线结构图

1.2 临沂电网管母线运行现状

截止到2012年底，临沂供电公司共有14座变电站低压母线采用复合屏蔽管母线对用户进行供电。为变电站的安全运行、提高供电的可靠性、降低能源损耗等起到了积极的作用。但在实际运行中也出现了多起局部发热、绝缘层燃烧问题，发热点多为管母线终端接头处、中间接头处、导线线夹连接处及软连接与母线搭接处等。

1）案例一

2011-12-21：220kV相公站#3主变10kV侧管母线桥中间接头处发热，致使A相母线绝缘层因过热而燃烧。

2）案例二

2011-05-08：经检查临沂站#1主变35kV管母线高压室进线处A、B、C三相均有灼伤痕迹，其中A、B相较严重，C相略轻。

另经检查临沂站#1主变35kV管母线避雷器引线接口处 A、B、C三相均有灼伤痕迹，较 5月 8日巡查时情况更严重。

临沂站#2主变35kV管母线高压室进线处A、B、C三相均有灼伤痕迹；35kV管母线避雷器引线接口处，A、B、C三相有轻微灼伤痕迹。

3）案例三

2011-08-18：程庄站35kV311沈程线A相进线处与管母线衔接部分绝缘层因发热击穿。35kV沈程线进线处有放电发黑、灼伤痕迹，其中A相较为严重，有烧坏痕迹。

图5 程庄站311沈程线进线与35kV管母线搭接处

另经检查发现程庄站#1主变和#2主变跨桥软连接与母线搭接处B相的绝缘套盒也有放电发黑痕迹，如图6所示。

图6 程庄＃1、2主变与35kV管母线跨接处

2 相公站10kV复合屏蔽绝缘管母线发热燃烧现场检查情况

现以案例1为例介绍一下现场检查处理情况，20日 01：35，检修人员到达现场。地面观察管母线绝缘损伤长度约1.5m，损伤部位距西侧的10kV管母线避雷器约为 20cm，距东侧屏蔽层接地点约为15cm。外绝缘层已烧损，主绝缘层破坏严重，中间部位可以直接看到铜质管母导体,现场地面散落绝缘层烧焦碎片。

相公站10kV管母线损伤情况如下：

1）该段管母线外部两层环氧树脂绝缘均存在不同程度的烧伤破损，透过烧损位置可看到外绝缘层内部缓冲带、铝箔纸屏蔽层、聚四氟乙烯缠绕带及半导电带等均已严重烧损，中间部位可以直接看到铜质管母导体。

图7 相公站10kV管母线现场烧伤情况示意图1

图8 相公站10kV管母线现场烧伤情况示图2

2）逐层剥离管母线各绝缘层发现，主绝缘聚四氟乙烯层缠绕工艺粗糙，且有明显放电点。导体表面有灼烧水印痕迹，且形成放电小坑洞。

图9 相公站10kV管母线局部放电击穿点

图10 相公站10kV管母线放电形成小坑洞及水印

3 相公站10kV复合屏蔽绝缘管母线缺陷处理过程

1）对损伤管母线外部的环氧树脂绝缘层（外层护套），铝箔纸屏蔽层（接地屏蔽层），均压层及缓冲带、半导电带、聚四氟乙烯等组成的主绝缘层等部分进行逐层切割剥离，检查管母线导体放电情况，用砂纸将导体表面打磨光滑，用酒精及无毛布将其擦拭干净，下图为擦拭后的母线导体示意图。

图11 相公站10kV管母线烧伤现场设备情况

2）对损伤管母线西侧（靠近管母避雷器侧）切割边缘进行仔细倒角修割，使搭接边缘能够平滑过渡。

3）对距损伤管母线边缘东20cm的绝缘进行了处理。切除外绝缘层，解除管母线屏蔽层接地线，保留主绝缘层做为缓冲地带。确保导体与屏蔽层之间保持足够的横向绝缘距离，并用绝缘材料进行缠绕包扎。

4）导体表面及边缘搭接边沿处理好后，用10kV电缆头专用半导体缠绕带对损伤段管母线进行半包围缠绕一层，后进行全包围缠绕一层，缠绕层外用PVC绝缘胶带进行密封缠绕。缓冲绝缘带外部用一层10kV电缆头专用绝缘带加固，后再缠绕一层PVC绝缘胶带。

图13 相公站10kV管母线烧伤修复情况示意图

4 原因分析

复合屏蔽绝缘管母线主绝缘材料为聚四氟乙烯，采用同轴电容分压原理。该原理的绝缘处理典型流程为：管母线导体以半包围方式缠绕一层半导电带，然后依次缠绕聚四氟乙烯带和半导电带，主绝缘层结构为：半导电带——聚四氟乙烯带——半导电带……聚四氟乙烯带——半导电带。其中聚四氟乙烯带为绝缘材料，半导电带为容性绝缘屏蔽层，两者为一层，共需依次缠绕五层构成主绝缘层。每层厚度约为1.1mm，承受电压2kV左右。主绝缘层外依次缠绕铝箔屏蔽层（引出接地）、聚四氟乙烯带，最外层由两层环氧树脂外绝缘层包裹。这种结构的全绝缘管母线具备载流量大、集肤效应低、功率损耗小、机械强度高等优点。

现场逐层剥离过程中发现，主绝缘层中的半导电带和聚四氟乙烯带未依次间隔缠绕，而是采用“半导电带——多层聚四氟乙烯——半导电带”结构，且缠绕工艺粗糙。绝缘效果由聚四氟乙烯带的厚度决定，未起到同轴电容分压效果，使得主绝缘层分压不均匀，形成对屏蔽层缓慢局部放电。

经了解母线施工时工作人员，此管母线安装时空气湿度非常大。安装过程中，潮气被密封到主绝缘层及管母线表面，局部放电时密封的潮湿空气受热膨胀，主绝缘层受到挤压出现破裂，在长时间的运行过程中，外部水汽又不断通过裂缝渗入到主绝缘层及管母线表面，使主绝缘层不断缓慢受潮，加剧了局部放电效应，恶性积累终于导致绝缘击穿、着火。

复合屏蔽绝缘管母线连接部位温升过高，主要原因是母线接口处理工艺粗糙，再加上施工时外防护层密封性能差，水分进入后造成对屏蔽接地层放电，损坏管母线绝缘。

由此可知，母线连接部位接口处理工艺粗糙，主绝缘层结构不合理、安装工艺不达标是这类事故三大主要原因。

5 复合屏蔽绝缘管母线其他各类局部过热种类及处理分析

5.1 放电线夹处放电

由案例二图3所示知，临沂站#1主变35kV管母线避雷器引线接口处A、B、C三相均有灼伤痕迹，其原因系放电线夹对包覆热缩管放电所致。由于无法对放电线夹进行密实包覆，即使用绝缘热缩带缠绕，也很难保证没有空气及不会进水。此种情况建议距放电线夹左右各 20cm处不做绝缘处理，裸露布置并做防锈处理；距放电线夹各 20cm处的绝缘层做好防水措施，起到缓冲作用。

5.2 终端头处放电

由案例二图 2、图 4所示，临沂站#1、2主变35kV管母线高压室进线终端头处A、B、C三相均有灼伤痕迹。

图2 临沂站＃1主变35kV管母线桥B相终端处

图3 临沂站＃1主变35kV侧管母线与避雷器引线搭接处

图4 临沂站＃1主变35kV管母线桥终端高压室进线处

临沂站#1、2号主变35kV管母线高压室进线终端头处发热原因系终端头的包覆绝缘工艺粗糙、密封不严，造成潮气进入。且终端头附近有10kV母线的屏蔽接地点，此处场强畸变严重，当内部绝缘层内有空气或水分时就会导致局部放电，对绝缘造成破坏。此类局部发热情况建议将屏蔽接地点后移，留下足够长度的缓冲地带，且做好防水密封处理；对终端头压接处20cm内不做绝缘处理，裸露布置并做防锈处理；距终端头压接处20cm的绝缘位置做好细节处理和防水密封。

5.3 软连接与母线搭接处放电

案例三图6所示，为程庄站#1主变和#2主变跨桥软连接与母线搭接处B相的绝缘套盒也有放电发黑痕迹。

程庄#1、2号主变35kV管母线跨接处发热原因有3种情况可导致绝缘损坏：①软连接与母线搭接处松动，运行发热所致；②软连接与母线搭接处有污垢，发生局部放电；③螺丝上有尖端或螺丝过长，造成尖端放电。针对此类局部发热情况建议清理干净后重启拧紧螺丝。如果有必要可重新换较短的螺丝。

6 防范措施

1）加强现场施工工艺管控。在设备安装之处，严把质量关，实行全员、全方位、全过程管理，把设备隐患消除在初始阶段。

（1）对于导体外表，铜管端部要作倒圆角处理，通关端部连接面应镀银或搪锡，确保具有较低的接触电阻及防腐蚀功能。

（2）中间接头部分绝缘管母线接头应能满足流通和温升要求，接头处的绝缘结构形式和管型母线相同，并确保接头处的绝缘外表电位为零，以保证运行维护的安全。

（3）管母线端部镀银处理后，宜采用大截面铜套把母线两端牢牢箍住，使母线在连接好后始终保持中间空心部位全相贯通，利于通风散热。这样因接触电阻小，接触面大，接触性能良好，散热条件好，使得管母线连接部位温升低于导体温升。

（4）对于终端接头要求绝缘铜管型母线与设备之间采用铜质软连接方式。

管母线终端头与设备相连接，只需直接镀银伸缩节把母线与设备两端相连即可，无需采用其他驳接金具，这样接触电阻大大减少，所用软连接的截面宜大于导体截面的1.25倍，这样使得终端连接部位单位截面载流密度小，从而使接头部位温升低于导体温升。

（5）对于接地要求整相绝缘管母线接地电容屏必须全部可靠接地，包裹中间接头处的屏蔽绝缘套管，接地方式未一点接地，避免绝缘管型母线的接地线因多点接地而产生环流，保证外层接地屏满足人体能安全触摸的要求，金属外护层也必须可靠接地。

2）结合各种停电机会，对绝缘管母线加强绝缘检测和交流耐压试验，发现异常及时处理。

3）施工时，应选择晴好天气，有条件的要检测空气湿度，尽量为设备安装后的运行创造良好的条件。

4）应加强管母线的日常在线放电检测工作，目前多采用超声波检测法和超高频检测法测量全绝缘管母线局部放电。

7 结论

根据临沂电网复合屏蔽绝缘管母线运行经验，此类缺陷多发生在设备投入运行一年内，放电灼伤过热痕迹均发生在设备接口交界处，母线局部过热的主要原因是设备接口处理工艺粗糙，使得连接部位温升过高损坏设备绝缘，造成母线密封性能进一步变差，外部水分进入后造成对屏蔽接地层放电，随着破坏的积聚最终造成管母线绝缘层击穿或燃烧。运行实践同时表明经采取上述反措后，临沂电网母线局部发热、绝缘击穿的状况得到了明显扼制，取得了良好运行效果。

[1] GB50150-2006.电气装置安装工程电气设备交接试验标准.

[2] GB311.1-1997.高压输变电设备的绝缘配合.

[3] GB50149-2010.电气装置安装工程 母线装置施工及验收规范.

[4] GB/T8349-2000.金属封闭母线.

[5] 郑云海,吴奇宝,何华琴,等.全绝缘管母线局部放电的检测与分析诊断[J].绝缘材料,2010,43(4).