220千伏主变变低管型母线典型故障分析及改进措施

施理成

摘  要：本文首先分析了管型母线的特点，然后结合220kV某站管型母线运行过程中遇到的故障实例，研究分析了管型母线故障发生的原因。基于该起故障的原因分析，本文提出了双护套密封、增加密封胶等相应的安装工艺改进措施。故障管型母线改造后的试验数据和长期运行结果验证了本文所提改进措施的有效性。

关键词： 220kV主变压器;10千伏管型绝缘母线;放电;安装工艺改进

0 引言

随着主变容量增加，新建220kV变电站主变压器变低10kV母线桥越来越多的采用空心绝缘管型母线[1-2]（以下简称“管型母线”）替代普通矩形铜排母线。管型母线具有载流量大、功率损失小等特点，但其全绝缘部分容易因受潮、安装工艺不良等因素影响。在运行过程中存在发热异常、绝缘护套烧毁的现象[3]，严重的将导致击穿放电而直接影响变压器正常运行。

1管型母线的组成及性能特点

1.1 不同引线类型接地线装设

管型母线通常由半绝缘部分和全绝缘部分构成。其中，管型母线半绝缘部分的结构从内到外分别为铜管型母线，聚四氟乙烯定向膜、外护套。全绝缘部分（俗称“中间头”）的结构由内至外依次为铜管型母线，中间接头，均压环，内护套，屏蔽筒，外护套。

1.2 不同引线类型接地线装设

与普通的实心、矩形铜排状10kV变低母线相比，管型母线具有如下特点：

1. 管型母线为空心导体，表面积大，导体表面电流密度分布均匀，集肤系数Kf≤1，远小于矩形母线（约为1.8）。交流电阻小，母线的功率损失小。管型母线特别适合电流大的回路，其载流量一般在3000A～6000A，因此越来越多地在180MVA以上容量的220kV主变的10kV变低侧使用。

2. 散热条件好，温升低。管型母线为空心导体，母线内径风道能自然形成热空气对流，（室内与室外的气压差，能自然形成空气对流，散热条件好。

3. 允许应力大、机械强度高。管型母线的允许应力为矩形母线的4倍，因此可承受的短路电流大，机械强度高，使得母线支撑跨距增大。

4. 主绝缘材料采用聚四氟乙烯，可在-250°C——+250°C度中工作，具有良好的电气性能及化学稳定性，介质损耗小，阻燃，耐老化，使用寿命长。

综上分析，管型母线具有载流量大、功率损失小等特点，但其全绝缘部分容易因受潮、安装工艺不良等因素影响，严重的将导致击穿放电而直接影响主变压器正常运行。

2 管型母线典型故障分析

220kV某站投建于2009年，采用两台180MW容量的主变压器，其变低母线桥采用的是型号为JTMP-12/4000的管型母线。设备运维人员在测温过程中，发现其变低母线桥温升异常。为了彻底消除故障，相关人员对管型母线全绝缘部分进行拆解，分析了故障实例发生的原因，并提出了相应的工艺改进措施。

2.1  典型故障类型

试验所高压试验班对#1主变变低管形母线桥进行耐压试验，测得耐压前各相管型母线绝缘值分别为3730，4.58，1320MΩ，耐压后各值为4750，1.16，1500MΩ。低于厂家给出的绝缘电阻标准值（≥1000 MΩ），且C相绝缘电阻值偏低，试验不合格。

变低母线桥绝缘电阻测量结果不合格，存在极大的因变低母线桥短路引起的主变事故停电风险，因此，专业人员对故障管型母线的全绝缘连接处进行解体检查。第一步，将屏蔽筒外围的热缩套拆除。如图1所示，法兰连接面的螺栓有明显锈蚀痕迹。第二步，拆除法兰面检查屏蔽管内部情况。如图2所示，屏蔽管的接地铜线受潮发绿，并检查到屏蔽筒内部和底部有明显放电痕迹。第三步，内部热缩套检查。如图3所示，当把内部热缩套一侧防水胶密封不良，并存在轻微卷角、皱皮、老化现象。

从试验结果数据可以看出，C相的绝缘电阻值偏低，存在绝缘降低风险。为了确保设备能够可靠运行，研究决定依次对A、C两相也进行解体排查。在拆除A相外部热缩套时，屏蔽筒內干燥、无放电痕迹，只有少许的氧化铝粉末。内部热缩套完好无损。在拆除C相外部热缩套时，发现屏蔽筒内有少许的放电痕迹;把屏蔽筒移位后，内部热缩套有明显放电现象;拆开内部热缩套发现均压桶内有大量氧化铝白色粉末，同样存在皱皮等现象。

2.2 故障原因分析

通过以上对故障的管型母线的拆解结果可知，B相屏蔽筒内部和底部有明显放电痕迹，C相屏蔽筒内有少许的放电痕迹，A相无放电痕迹，这结果也与实验数据结果相符合。

通过以上拆解结果可知，管型母线绝缘电阻降低甚至放电的直接原因就是密封热缩套密封不良，导致管型母线与绝缘筒空间互通。某站所属地区天气较为潮湿，潮气进入到绝缘筒中，进一步导致管型母线绝缘降低，最终产生放电击穿。对安装过程进行分析，内护套密封不良的原因主要有两个方面：

A、安装时，管型母线清理不彻底;B、内护套热缩时工艺不佳。

拆解时发现ABC三相的均压环都有不同程度的放电、氧化痕迹，因此，均压环与管型母线没有连接，造成不等电位也是产生放电的原因。

3 采取的改进措施

在运行过程中，管形母线内是允许也不可避免地有潮气和水份的存在，但在密封热塑套与绝缘筒之间的空间内是不允许有潮气的存在，当其空间有潮气存在时就会导致绝缘降低，严重的会对绝缘筒进行放电甚至爆炸。

通过研究和分析，相关人员决定更换220kV某站变低10kV管型母线三相均压环，B、C两相屏蔽筒由厂家更换相同型号、试验合格的备品，对A相的屏蔽筒进行清洁。由于B、C相发生放电的主要原因是工艺不佳导致，因此，本文提出了以下相应改进措施。

3.1 铜编制带不能受潮发绿

如图4所示铜编织带更换后效果。管型母线上接地铜编织带如受潮发绿，则必须进行更换。已经受潮并发绿的铜编织带性能已经下降，且表面存在细微的粉尘，容易造成护套松脱，禁止使用。

3.2 均压环增加接地铜编织带

如图5所示，在均压环增加了铜编织带，作用是使均压环与管型母线等电位，防止管型母线对均压环放电。安装的过程相比之前增加了一道工序，即增加一层内护套，加强防水效果。

3.3 护套采用双密封层密封

如图6所示，进行护套密封时，采用双层密封，同时防水密封胶要双层均匀缠绕在管型母线上，已加强其绝缘效果。

3.4 外部密封宜采用3M DP460胶水密封

外护套长期暴露在大气中，因受日晒雨淋，酸雨侵蚀，容易卷角，松脱，从而导致水汽入侵管型母线内部。在进行管型母线外部密封时，一定要确保屏蔽筒内部干燥，因此，热缩套的外部封口处采用密封胶对其进行密封。

在众多的密封胶中，建议采用3MDP460胶水，这是一款高性能AB胶，主要成分为长操作时间的坚韧型环氧树脂，2～4小时达到操作强度，中性、气味小，无污染，能有效的密封外护套的缝隙，阻止酸雨对密封口进行侵蚀。

4试验结果分析

4.1改造完成后试验结果

安装完成后，专业人员对#1主变变低管形母线桥进行耐压试验，测得耐压前各相管型母线绝缘值分别为5260，5568，5366MΩ，耐压后各值为5365，5632，5565MΩ，试验结果全部合格。

4.2长期运行后试验结果

220kV某站变电10kV管型母线改造完成后1.5年，结合主变停电，专业人员再次对#1主变变低管形母线桥进行耐压试验。测得耐压前各相管型母线绝缘值分别为5272，5506，5201MΩ，耐压后各值为5305，5682，5572MΩ，试验结果全部合格，且与刚改造后试验的数值相比，绝缘电阻值无明显下降。

5 结语

本文针对变电站越来越多采用的空心绝缘管型母线的接頭处容易击穿放电的问题，提出了通过双护套密封和外护套采用采用3M DP460胶水密封，能有效阻止潮气进入管型母线全绝缘护套内部，同时使用带接地铜编织带的均压环，可以防止管型母线因绝缘降低造成放电，提高管型母线的安全可靠性的措施。

220kV某站变电10kV管型母线改造完成后的试验数据和长期运行的结果，验证了本文所提改进措施的有效性。

参考文献

[1]张茜茹.浅析绝缘式铜质管形母线在变电所中的应用[J].科技情报开发与经济，2007，17（21）：287-288.

[2]郭非.复合绝缘铜管型母线在水电站的应用[J].云南电力技术，2013， 41（2）：93-95.

[3]张真涛，张斌，邢文涛，等.变压器绝缘管型母线护套烧损故障分析及处理[J]. 河南电力，2012（3）：23-24.