一起全绝缘管母局部放电的检测与分析

张 峰，陆 茹

(国网安徽省电力公司安庆供电公司，安徽 安庆 246003)

0 引言

全绝缘管型母线(以下简称绝缘管母)因载流量大、散热条件好、集肤效应低、允许应力大、机械强度高等众多优点，被广泛应用于变电站的主变低压母线。由于国家和行业内尚无统一的技术标准可供执行与规范，且Q/GDW 1168—2013《输变电设备状态检修试验规程》及Q/GDW 11304—2015《电力设备带电检测仪器技术规范》中也没有对绝缘管母相关的停电、带电检测内容，致使该类型设备的隐性缺陷不易被发现。一旦这些缺陷发展为故障，因其安装位置的特殊性，很容易造成主变出口短路，并带来严重后果。

1 设备故障的检测和分析

2016-12-28，某供电公司试验人员在220 kV泉河变“迎峰度冬”红外普测中发现220 kV 1号主变10 kV侧绝缘管母B相有1处异常发热，如图1所示。通过仔细观察，发现在特定角度可用肉眼观察到发热处外绝缘有1个小鼓包，如图2所示。测试时环境温度为8 ℃，主变负荷为23 MW。主变低压侧电流308 A，轻载；管母型号TJM-12/4000，此管母为绕包式聚四氟乙烯带表面涂硅油式复合绝缘；投运时间为2013年9月。

2 绝缘管母结构介绍

绝缘管母由金属铜管、电容屏敝绝缘层、金属屏蔽层、外护套等组成，如图3所示。

图1 发热点红外示意

图2 发热点鼓包示意

图3 绝缘管母结构示意

电容屏蔽绝缘层由多层聚酯或聚四氟乙烯薄膜构成的主绝缘和1层铝箔相间组成；金属屏蔽层是编织铜带；外护套由红色热缩管和黑色外护套组成。

3 故障暴露出的综合缺陷分析

从热像图发热点位置来看，该处不是接头，可判断不是因接触不良而导致的发热。检测时，运行电流较负荷高峰时(700 A)低很多，如果是电流型发热，就会在历次大负荷特巡中被发现；如果是电压型发热，从管母外表面清洁无异物，可以排除因外表面污垢引起表面电场不均匀而导致的发热；再结合外绝缘小鼓包，分析此类型发热可能是内部绝缘材料因某种原因发生温度异常传导至外部导致的。经测试，外表皮发热处84.7 ℃，内部故障点温度还会更高，因此判断此故障属于危急缺陷。

因消缺需要，220 kV 1号主变需停电，而220 kV设备停电需省调安排。通过协商，省调同意2017-02-22进行停电处理。在此期间，经多次现场复测，发热处温度基本为82—85 ℃。

2017-02-22，停电后解剖检查，发现红色热缩绝缘层表面有明显放电痕迹(见图4)，并有沿径向的绝缘局部击穿孔洞(见图5)，深至距导体第2层聚四氟乙烯带处(见图6)，内部硅油沿孔洞已流至红色热缩绝缘层与黑色外护套之间。

图4 红色热缩套击穿孔洞

从径向孔洞直径来看，最大处位于红色绝缘层内部的聚四氟乙烯绕包和铝箔屏蔽层处，且随着深入导体侧，其直径渐渐变小。据此推测应在铝箔屏蔽处放电，向内逐渐烧蚀多层绕包的聚四氟乙烯绝缘层，向外放电产生的热量作用于红色绝缘层，长时间受热后产生了孔洞。

图5 主绝缘击穿处

图6 径向击穿孔洞

查阅相关资料发现，目前绝缘管母在国家和行业层面均没有相应技术标准，绝缘管母都是各厂家自行设计生产的。此种聚四氟乙烯绕包绝缘管母，设计时应在最外聚四氟乙烯带表面与铝箔屏蔽层之间绕包半导电层，以均匀电位提高局放起始电压，但是在故障处并没有看到半导电层。随机另取1根管母，剖开后依然没有看到半导电层(见图7)。联系厂家被告知，此型号管母仅仅在接头等场强较大部位包绕了半导电层。

图7 随机选取1根管母的绝缘剖开处

分析认为，因缺乏半导电层，绝缘管母从金属管到铝箔接地之间的电位降低梯度会有一定的不均匀性。如果工艺到位、材质合格，绝缘足以承受这种不均匀电场造成的电位差，设备运行将不会受到影响；但是若局部绝缘绕包疏松，层间存在空腔和间隙或者受潮、绝缘有杂质等，绝缘内部电场不均匀程度就会增大；若薄弱部位分压超过耐受水平，在运行中就会产生微小的局部放电，时间过长就会破坏绝缘，在该区域形成径向局部击穿通道，最终导致故障。因在缺陷解剖中未发现异物，可排除绝缘绕制过程中混入杂质的可能性，那么就可能是绝缘中有空隙或绝缘局部受潮。从图1中可以看出，故障处于管母中部，远离接头，同时黑色外护套没有破损，因此受潮可能性不大。

根据各方面信息的综合分析，判断该缺陷是由故障处铝箔屏蔽层与聚四氟乙烯绝缘层间的空隙改变了绝缘中的电压分布，且该处没有包绕均匀电位的半导电层，造成在运行时空气隙产生微小的局部放电，最终破坏绝缘层，形成径向孔洞。

4 防范措施

4.1 对厂家提出要求和规范

在国家和行业标准尚未建立的情况下，各生产厂家的产品技术参数差异较大。电网公司应尽快建立该产品的入网标准和技术规范，对生产厂家的产品设计进行要求和规范。

4.2 对设备生产加强监督

在该类设备的应用还不十分成熟的背景下，须加强设备生产环节的驻场监督与试验见证，督促生产厂家坚决执行制造工艺，并严格把关上游原材料性能检测，确保绝缘管型母线的本质化安全水平。

4.3 对异常现象提高警惕

一线检测人员要利用好现有技术手段，积极开展状态监测，有效掌握设备运行状态。发现异常时，应多思考、多分析，将问题消灭在故障发生前，提升绝缘管型母线的运行可靠性。

5 结束语

与传统矩形铜排母线相比，全绝缘管型母线技术的优势十分显著，在现场的应用也越来越多。由于当前国内无统一的技术标准与规范，导致行业监管与技术监督的开展缺乏有效管理和技术手段，全绝缘管型母线时常发生故障。

下一步迫切需要制造企业、用户和相关职能部门共同努力，根据运行经验，逐步完善产品的生产制造工艺，并制定相应的产品行业标准或国家标准，以期全绝缘管型母线在电网建设及安全生产中发挥更大的作用。

参考文献：

1 国家电网公司.Q/GDW 1168—2013输变电设备状态检修试验规程[S].北京：中国电力出版社，2013.

2 国家电网公司.Q/GDW 11304—2015电力设备带电检测仪器技术规范[S].北京：中国电力出版社，2015.