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全絕緣母線外絕緣擊穿問題分析及改造措施

文檔作者：張東，周利兵文檔來源：國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年12月17日
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第30卷第11期
2014年11月
電力科學(xué)與工程
Electric Power Science and Engineering
V01．30．No．11
37
Nov．，2014
全絕緣母線外絕緣擊穿問題分析及改造措施
張東，周利兵
(國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，新疆烏魯木齊830011)
摘要：全絕緣母線在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)外護(hù)層燒毀但主絕緣不受影響的情況，嚴(yán)重影響全絕緣母線的
安全運(yùn)行。通過分析全絕緣母線結(jié)構(gòu)、在現(xiàn)場(chǎng)的安裝方式和母線頭部及中間開口處絕緣處理情況，發(fā)現(xiàn)
全絕緣母線結(jié)構(gòu)與單芯電纜結(jié)構(gòu)類似，在屏蔽接地中采用多點(diǎn)接地，母線頭部和中間開口處采用熱縮材
料處理等，進(jìn)而從材料接地方式分析了全絕緣母線外護(hù)層燒毀的原因。并且提出了相應(yīng)的改造措施，在
全絕緣母線屏蔽接地上采用中點(diǎn)接地，在母線頭部和中間開口處的絕緣采用冷縮材料處理，進(jìn)而達(dá)到提
高全絕緣母線安全運(yùn)行的效果。
關(guān)鍵詞：全絕緣母線；熱縮；冷縮；中點(diǎn)接地
中圖分類號(hào)：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B DOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．11．008
0引言
全絕緣母線與傳統(tǒng)的母線相比具有如下特
點(diǎn)¨“。：母線載流量大、集膚效應(yīng)系數(shù)小、電流
分布均勻、功率損失小、機(jī)械強(qiáng)度高，可顯著減
少母線橋支柱絕緣子的數(shù)量，節(jié)約綜合成本；母
線外表面有絕緣護(hù)套層，安全系數(shù)高；可直接敷
設(shè)在電纜溝內(nèi)的電纜支架上；母線實(shí)行免維護(hù)運(yùn)
行，使用壽命長等特點(diǎn)。但在運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)全
絕緣母線外護(hù)層燒毀、內(nèi)絕緣良好的情況，嚴(yán)重
影響全絕緣母線的正常運(yùn)行。因此有必要對(duì)全絕
緣母線外護(hù)層燒毀的原因進(jìn)行分析，提出解決措
施，保障全絕緣母線的正常運(yùn)行。
1事故概述
2014年5月13～14日，某地區(qū)為大風(fēng)浮塵天
氣，15日凌晨出現(xiàn)降雨，雨后巡視發(fā)現(xiàn)，某變電站
1號(hào)主變10 kV側(cè)全絕緣管型母線橋外護(hù)套多處存
在燒蝕異?，F(xiàn)象，燒蝕部位主要集中在母線避雷器
T接接頭、接地屏蔽線、管母終端接線板、管母固
定金具和管母外護(hù)套搭接處，經(jīng)紅外診斷未發(fā)現(xiàn)燒
蝕部位發(fā)熱異常。10 kV全絕緣管型母線采用外加
支柱絕緣子安裝固定，圖1為某個(gè)擊穿點(diǎn)。
圖1 擊穿的絕緣母線
從停電檢查處理情況分析，上述部位均為外
護(hù)套保護(hù)層密封性能的薄弱位置，容易受到外界
自然條件影響。從現(xiàn)場(chǎng)情況了解，管母異常前期，
某地呈大風(fēng)浮塵天氣，后伴隨降雨，管母外護(hù)套
表面沉積有沙塵和雨水沖刷的痕跡，燒蝕位置位
于管母的底部(沙塵、雨水沉積處)。經(jīng)查某變
是按照e級(jí)防污等級(jí)設(shè)計(jì)，須滿足31 kV／mm爬
電比距，且室外終端頭應(yīng)設(shè)置防雨傘裙絕緣護(hù)套：
以增加爬電部位的安全距離，但是某變現(xiàn)場(chǎng)施工
未安裝防雨傘裙絕緣護(hù)套。
收稿日期：2014—08—07。
作者簡介：張東(1986一)，男，助理工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)防雷及接地，E—mail：zhangdon92．0@163．com。
萬方數(shù)據(jù)
38 電力科學(xué)與工程2014拄
2事故原因分析
2．1環(huán)境影響
全絕緣母線端部和中間接線處均采用熱縮材
料進(jìn)行密封，由于熱縮材料的收縮溫度為100℃～
140。(2‘5。J，只有在安裝時(shí)，溫度才可以滿足其收
縮條件，熱縮完成后再受熱將會(huì)出現(xiàn)疲勞狀態(tài)。
當(dāng)溫度變化時(shí)，由于全絕緣母線的膨脹系數(shù)與密
封采用的熱縮材料的膨脹系數(shù)并不一致，全絕緣
母線與熱縮材料可能在溫度變化時(shí)產(chǎn)生裂縫，水
和潮汽就會(huì)進(jìn)入到全絕緣母線內(nèi)部，從而會(huì)影響
熱縮管處的絕緣和該處屏蔽接地的接觸電阻，這
就是熱縮材料的缺點(diǎn)。
由于事故發(fā)生地晝夜溫差變化大，全絕緣管
型母線各段接頭所采用的熱縮管絕緣密封處理難
以適應(yīng)，容易使管母接頭熱縮護(hù)套熱脹冷縮發(fā)生
開裂、形變等密封不良缺陷，風(fēng)沙、雨雪侵蝕接
頭處絕緣受潮產(chǎn)生沿面爬電，長期運(yùn)行絕緣劣化
最終導(dǎo)致絕緣擊穿故障。
2．2屏蔽層環(huán)流導(dǎo)致屏蔽層接地受損
從現(xiàn)場(chǎng)圖片放電部位可以看出，圖中擊穿點(diǎn)
為屏蔽層接地處。屏蔽層燒壞后絕緣母線還可繼
續(xù)運(yùn)行，說明主絕緣沒有受到損壞。與廠家人員
溝通得知，主絕緣的高溫耐受能力為250℃以上，
而且燒毀部位都位于屏蔽接地點(diǎn)。屏蔽接地點(diǎn)的
接觸電阻要大于屏蔽線本身的電阻，加上受潮使
屏蔽層接地點(diǎn)接地電阻增大。如果屏蔽層環(huán)流過
大，在屏蔽接地點(diǎn)將會(huì)產(chǎn)生大量熱量舊’91，發(fā)熱量
過大會(huì)先燒毀屏蔽層。
絕緣母線結(jié)構(gòu)如圖2所示。從圖2中可以看
出，絕緣母線結(jié)構(gòu)與單芯電纜結(jié)構(gòu)相似¨?，主絕
緣采用多重電容屏蔽層和絕緣層相互交替構(gòu)成，
由內(nèi)向外依次為導(dǎo)電管一導(dǎo)體屏蔽層(半導(dǎo)層)
一主絕緣層一絕緣屏蔽層一接地屏蔽層一屏蔽保
護(hù)層一外護(hù)套。屏蔽層只包括在一相絕緣母線上，
這樣一來，母線運(yùn)行時(shí)會(huì)在屏蔽層上產(chǎn)生感應(yīng)電
壓，而絕緣母線屏蔽層接地點(diǎn)又較多，這樣感應(yīng)
電壓與接地點(diǎn)和屏蔽層形成了回路?’”1，回路人
地點(diǎn)既為屏蔽層的各個(gè)接地點(diǎn)。下面分析三相全
圖2絕緣母線結(jié)構(gòu)示意圖
絕緣母線的感應(yīng)環(huán)流及其對(duì)全絕緣母線外護(hù)層的
影響。
全絕緣母線在變電站水平布置如圖3所示。
圖3中A，B，C代表三相單芯電纜；間距S=S．
=S，，S，=2S。
圖3三相全絕緣母線平行布置圖
邊相感應(yīng)電壓： 璣。=U島=，石再i再
中相感應(yīng)電壓：U皿=Ix，。
其中：戈s=2coln(S／r)·10一
z。=20Jln2·10—4
z1．2石3 2戈5
式中：戈為單相電纜每km感抗，11／km；∞為交
流電的角頻率，rad／s；U為每km電纜的感應(yīng)電
壓，V／km；，為流過電纜導(dǎo)體的電流，A；S為不
同電纜之間中心距離，m；r為電纜屏蔽層半
徑，m。
回路電纜情況，假定其每回，，r相等。
根據(jù)全絕緣母線現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況，Js。和Js：為
0．35 m，S，為0．7 m。電纜屏蔽層半徑r為
0．08 m，流過電纜導(dǎo)體電流，為1 800 A，交流電
角頻率為314 rad／s。經(jīng)上式計(jì)算得出邊相全絕緣
母線護(hù)套層感應(yīng)電壓為216．9 V／km，中相全絕緣
母線護(hù)套層感應(yīng)電壓為166．8 V／km。該站運(yùn)行全
萬方數(shù)據(jù)
第11期張東，等全絕緣母線外絕緣擊穿問題分析及改造措施39
絕緣母線長度為100 m，由此可知全絕緣母線上
的感應(yīng)電壓大小為邊相21．69 V，中相為
16．68 V。
變電站全絕緣母線采用多點(diǎn)接地，由于變電
站全站鋪設(shè)有接地網(wǎng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)不同接地
點(diǎn)間的導(dǎo)通電阻在10～25 mO。根據(jù)燒毀點(diǎn)兩端
接地點(diǎn)距離分別為15 rn和18 m，同時(shí)根據(jù)不同接
地點(diǎn)導(dǎo)通電阻大小，計(jì)算得出燒毀段邊相電流大
小為65．4 A，中相電流大小為46．8 A。
由以上分析可知，全絕緣母線多點(diǎn)接地情況
下屏蔽層環(huán)流較大，熱縮管出現(xiàn)問題后屏蔽層接
地點(diǎn)接地電阻增大，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量屏蔽接地點(diǎn)接觸電
阻為8～13 mQ，結(jié)合前面計(jì)算的屏蔽層環(huán)流，屏
蔽接地點(diǎn)的發(fā)熱功率在25．3～35．4 w之間，如此
大的發(fā)熱功率在屏蔽層接地處就會(huì)產(chǎn)生較多的熱
量，而此處熱量又不易散發(fā)出去，造成接地點(diǎn)溫
度過高，進(jìn)而燒毀全絕緣母線外護(hù)套。
2．3絕緣管母未有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
經(jīng)過與生產(chǎn)廠家溝通，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)絕緣管母的
廠家未能提供相關(guān)的國標(biāo)或行標(biāo)，其生產(chǎn)是依據(jù)
客戶需求進(jìn)行，這樣就給設(shè)備正常運(yùn)行帶來一定
隱患。
3整改措施及建議
3．1屏蔽接地處熱縮管更換為冷縮管
冷縮技術(shù)是將支撐條放人到電纜接頭處的冷
縮管中，將冷縮管套到指定位置，然后抽去冷縮
管中的支撐條，使冷縮管自然收縮。由于冷縮管
采用的是液體硅橡膠制做，使用中不需要加熱，
安裝完成以后不會(huì)像熱縮管那樣出現(xiàn)附件與電纜
脫開的危險(xiǎn)。冷縮材料具有較好的彈性，可以避
免由于大氣環(huán)境、電纜運(yùn)行中負(fù)載高低產(chǎn)生的電
纜熱脹冷縮，即“電纜呼吸”所產(chǎn)生的絕緣之間
的空隙而造成的擊穿事故。因此，采用冷縮管是
溫差大、受氣候環(huán)境影響大的地域最佳的選擇。
3．2改變現(xiàn)有絕緣母線屏蔽層接地方式
(1)常用接地方式介紹。
屏蔽兩端接地：電纜金屬護(hù)層在兩個(gè)終端位
置直接接地的連接方式是護(hù)層兩端接地¨“，這種
方式適合電纜長度較短、電纜上傳輸功率較小的
場(chǎng)合。而且兩端接地后，不需要再安裝保護(hù)器，
可以有效減小維護(hù)工作量，同時(shí)為了減小屏蔽層
環(huán)流電流大小，可以提高接地點(diǎn)接地電阻或減小
屏蔽層接地引的的截面積。
屏蔽一端接地：一點(diǎn)接地就是將全絕緣母線
一端接地，一端經(jīng)護(hù)層保護(hù)器接地(就是護(hù)層一
端接地)。這種方式適合于護(hù)層感應(yīng)電壓不高的情
況，一般一端接地時(shí)另一端小于50 V。
屏蔽中點(diǎn)接地：屏蔽中點(diǎn)接地就是將全絕緣
母線的中間屏蔽層接地，保護(hù)器接在全絕緣母線
的兩端。這種方式適合于母線長度較短，但流過
其中的電流較大而造成線路屏蔽層感應(yīng)電壓過大，
采用分段后兩端電壓滿足一點(diǎn)接地時(shí)的要求的情
況。采用中點(diǎn)接地時(shí)兩端感應(yīng)電壓都小于50 V。
屏蔽交叉互聯(lián)：交叉互聯(lián)接地是將線路分成
3的平均份，在分段處將屏蔽層用換位箱換位‘1?，
換位處加裝保護(hù)器，將線路的兩端接地。這種接
地方式的優(yōu)點(diǎn)是使兩端接地點(diǎn)之間的電位為零，
不會(huì)在屏蔽層形成環(huán)流，適合于線路較長的場(chǎng)合，
但其施工復(fù)雜且成本較高。
(2)全絕緣母線接地方式選擇
以上常用幾種接地方式都可以減小環(huán)流，進(jìn)
而減小接地處的電流引起的接地點(diǎn)發(fā)熱問題。根
據(jù)全絕緣母線的長度和載流較大的情況，考慮屏
蔽層感應(yīng)電壓計(jì)算結(jié)果，對(duì)于全絕緣母線可以采
用一點(diǎn)接地或中點(diǎn)接地。但考慮到過電壓的影響，
建議采用中點(diǎn)接地方式對(duì)現(xiàn)有全絕緣母線接地進(jìn)
行改造。
3．3規(guī)范絕緣母線標(biāo)準(zhǔn)
由于沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，在絕緣母線出現(xiàn)問題后
無標(biāo)準(zhǔn)可依，給問題查找和故障分析帶來一定困
難。由于是新型產(chǎn)品，在運(yùn)行中應(yīng)當(dāng)注意積累經(jīng)
驗(yàn)，最終根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以保障全
絕緣母線的安全運(yùn)行。
4結(jié)論
針對(duì)全絕緣母線在運(yùn)行中出現(xiàn)的外護(hù)層燒毀
而內(nèi)絕緣完好的問題，從結(jié)構(gòu)、在現(xiàn)場(chǎng)的安裝方
萬方數(shù)據(jù)
電力科學(xué)與工程2014正
式和母線頭部及中間開口處絕緣處理情況對(duì)問題
的原因進(jìn)行了分析。分析過程中發(fā)現(xiàn)全絕緣母線
結(jié)構(gòu)與單芯電纜結(jié)構(gòu)類似，但全絕緣母線在屏蔽
接地中采用多點(diǎn)接地，母線頭部和中間開口處采
用熱縮材料處理等問題。從材料和接地方式分析
了全絕緣母線外護(hù)層燒毀的原因，認(rèn)為熱縮材料
受環(huán)境影響較大，容易造成全絕緣母線端部或中
間接頭處受潮而造成絕緣薄弱。多點(diǎn)接地屏蔽層
環(huán)流較大，易使全絕緣母線屏蔽層發(fā)熱嚴(yán)重而燒
毀全絕緣母線外護(hù)層。針對(duì)熱縮材料和護(hù)層接地
問題提出了相應(yīng)的改造措施，在全絕緣母線屏蔽
接地上采用中點(diǎn)接地；在母線頭部和中間開口處
的絕緣采用冷縮材料處理，進(jìn)而達(dá)到提高全絕緣
母線安全運(yùn)行的效果。
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Analysis and Reform Measures of Fully Insulated about Busbar's
External Insulation Breakdown Problems
Zhang Dong，Zhou Libing
(State Grid Electric Power Research Institute of Xinjiang Electric Power Company，Urumqi 83001 1，China)
Abstract：Fully insulated busbar is a new bus，with large carrying capacity，small skin effect，and high mechani—
cal strength．But it is often found that the fully insulated outer sheath bus is burned but the main insulation is unaffected
in actual operation，SO the safe operation of the fully insulated bus is seriously affected．By analyzing the
fully insulated busbar structure，installation of on—site and the insulated handle situation of bus head and the intermediate
openings，it is found that it has a similar structure with fully insulated single—core cable bus．To use multi—
point grounding in the shield grounded，and thermal materials to process the head and intermediate openings of the
bus，the reasons of the outer sheath of fully insulated bus being burned are analyzed from the material．And the
corresponding transformation measures are adopted to achieve the effect of improving the safe operation of the bus
fully insulated，such as adopting midpoint grounding in the shield grounded，and using shrink insulation material
to handle the insulation of the head and the intermediate of the bus．
Keywords：fully insulated busbar；hot shrink；cold shrink；midpoint grounding
萬方數(shù)據(jù)

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