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    管母線典型性故障原因分析
      時間:  2019-2-23    點擊:2353
    本文搜集分析了絕緣管型母線近年來運行中出現的典型故障,對具有共性的故障原因進行分析和分類。

    1 型式設計/生產工藝引入缺陷

    絕緣管型母線采用固體絕緣,型式設計和生產難度較普通母線類設備大。其絕緣結構設計應充分考慮場強的均勻、絕緣材料間界面強度以及使用中絕緣的防潮等問題;依據絕緣結構設計要求選用長期性能穩定的絕緣材料;生產中應控制絕緣成型工藝,避免引入毛刺、尖端、懸浮導體或氣泡等缺陷。目前該類設備在中國發展尚在起步階段,一些生產廠家對影響該類設備質量和性能的關鍵點缺乏充分認識,沒有足夠的設計能力和相應制造水平,導致設備質量存在問題。
    山東某變電站服役不到2年的10 kV硅橡膠擠包絕緣管型母線,在正常運行中的本體彎管處絕緣層擊穿,導致嚴重燒毀,如圖5所示。

    分析設備絕緣型式,為硅橡膠擠包型絕緣管型母線,但未采取三層共擠工藝,無內屏蔽層,僅整體擠出絕緣層,并利用半導電帶材料手工纏繞外屏蔽層。無屏蔽層或屏蔽層制作工藝不佳,生產環節容易在絕緣材料和電極間引入氣隙、毛刺等缺陷。擠包式絕緣管型母線的彎管生產工藝為先在直線段上整體擠出絕緣層,再利用彎管機將導體和絕緣層以一定的彎曲半徑使其形變。即使彎管過程中絕緣未受機械損傷,彎管內側絕緣受擠壓作用,易產生氣隙;彎管外側受拉伸作用,絕緣減薄,且相當于絕緣中預施加了較大機械應力,這也將使得彎管處絕緣性能下降。在長期運行中,在較低(相電壓約6 kV)電壓下,缺陷累積發展,造成擊穿。
     管母線典型性故障原因分析
     
    目前,絕緣管型母線安裝相關行業標準逐步出臺,行業監管也不斷加強。通過推薦合理的絕緣結構,對設備進行充分、有效的型式試驗檢驗,將能夠有效甄別出質量合格產品,從根源上減少該類故障出現的幾率。

    2 安裝引入缺陷

    與電力電纜類似,絕緣管型母線的接頭需要在現場安裝。因此其整體性能,特別是絕緣性能,與現場安裝環節緊密相關。
    對絕緣管型母線,安裝環節應有完整的工藝流程。(1)由于該設備為長線段、剛性安裝,其尺寸應精確控制。如控制不當,可能造成母線(含絕緣)不同軸,接頭與本體位置與設計不符等問題,導致絕緣結構不合理,局部場強集中,形成絕緣隱患。(2)安裝環節須采取保護措施,注意防塵、防潮,否則相較于工廠內生產,安裝環節更易引入毛刺、尖端、懸浮導體、氣泡或絕緣受潮等缺陷。(3)應按工藝要求做好設備密封等工作,以免在長期運行中影響設備性能。

    湖北某110 kV變電站的10 kV澆注式絕緣管型母線在投運不到10天,中間接頭處發生擊穿,引發低壓側線路大火。
    該絕緣管型母線接頭處為軟連接外套,如圖6所示的絕緣屏蔽筒的形式,其連接處均壓結構由母線本體端部和屏蔽筒內的電容屏共同構成。經現場勘查發現,故障母線屏蔽筒與本體段的配合因錯位而產生不同程度的傾斜,這將導致以下問題。(1)本體及屏蔽筒之間可能形成縫隙導致密封不嚴,潮氣甚至雨水可能直接進入屏蔽筒;(2)屏蔽筒的移動導致電極位置發生偏移,電場分布與設計的正常分布相比,發生畸變,這將使得部分絕緣承受超出設計值的電場作用,而在較短時間內產生缺陷并發展為故障。
     
    管母線典型性故障原因分析
     
    為減少該類故障,須從規范安裝流程及監督管理制度和開展有針對性的現場交接試驗兩方面同步著手,確保安裝環節工藝到位。

    3 運行過程中產生缺陷

    絕緣管型母線本身是免維護設備,一方面,不良的運行環境也有可能導致設備在運行中產生缺陷,主要是受潮、機械損傷以及過熱、過電壓造成的局部絕緣損壞;另一方面,固體絕緣不可避免地存在正常老化和局部薄弱處,正常運行中也可能出現缺陷,主要是局部絕緣電擊穿等絕緣損壞。

    陜西某35 kV繞包式絕緣管型母線服役7個月,本體端頭絕緣層擊穿,造成嚴重燒毀。經調查分析發現,故障母線端部有受潮跡象。造成受潮的原因有:一是該地區季節間和晝夜溫差變化很大,絕緣母線護套材料耐候性不滿足要求,運行過程中反復出現熱脹冷縮導致開裂、形變,造成密封性下降;二是母線端部為豎直段,接地線從護套層引出,引出點密封不良,易使潮氣甚至雨水進入。

    聚四氟乙烯材料本身不易受潮,且性能不受潮氣影響,但其纏繞結構使得水分能夠深入絕緣帶層間。另外,端部絕緣層間除了承受徑向垂直場強作用外,還承受軸向水平方向電場作用。上述因素使得繞包式絕緣的層間易發生沿面放電。圖7所示的是一起典型的繞包式絕緣層間放電類故障,在接地屏端部發現了沿聚四氟乙烯面表面發展的樹狀放電痕跡。若這種放電發展至貫穿電極,將造成擊穿。
     
     管母線典型性故障原因分析
    要避免該類故障,需要長期積累設備運行性能相關數據和經驗,一方面尋求在設備運行工況的電、熱、機械作用和環境因素綜合作用影響下,提高設備長期運行性能的方法;另一方面,規范設備運維方法及運行中檢測手段,掌握設備的綜合服役狀態,發現運行中產生的缺陷,從而避免故障的發生。

     

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