35 kV管型母线绝缘击穿成因分析与预防措施

黄龚相

(大唐凉山新能源有限公司，四川 西昌 615000)

绝缘管型母线是电力企业在输送电力资源时必要的基本设施，其故障不仅会造成升压站大面积停电，甚至会引发连接的主变压器、开关柜等设备损坏。为了减少绝缘管型母线在应用时出现的故障，国外主要致力于它的制作工艺技术上。而我国则将探讨的方向集中在它的应用了，其中包含它的应用技术、应用时可能出现的故障和减少故障的应用方法。这些研究主要集中在管型母线的研发和应用上，较少针对风电场中管型母线的故障排除问题进行探讨。在施工期间运作，会由于未做好35 kV管型母线绝缘防护、安装工作，从而在运行期间出现因绝缘击穿所造成的安全事故。因此，本文讨论如何有效降低和消除安全隐患，做好检查和排除管型母线绝缘击穿的工作，并通过加装防振装置、增大对地距离、提高安装工艺等措施，以此来消除运行期间再次绝缘击穿的风险。最后，以某风电场绝缘管型母线击穿事件作为案例，分析35 kV管型母线绝缘击穿故障成因、介绍检查分析与故障排除方法，并阐明预防措施的实施问题。

1 成因分析

35 kV管型母线绝缘击穿是电力系统生产中常见的安全故障之一(见图1)，与电缆绝缘击穿故障类型相似。关于它的成因，不仅学者们在探讨，风电场在开展生产时也在实践中总结经验。经归纳分析发现这种故障产生主要原因以下几方面。

图1 故障击穿点

1)运输过程中颠簸后产生磕碰及摩擦力、施工过程存在交叉作业或施工存放过程中母线存在被磕碰的风险，母线在遭受外力后，内部绝缘层受损，长期放电，绝缘层材料老化，导致接触电阻变大，从而绝缘内部发生悬浮电位放电发热。

2)管型母线跟主变连接部位螺栓有无紧固，如无紧固，发热可导致绝缘层受损。

3)由于该管型母线安装在主变低压侧，会与主变产生共振，管型母线整体在长时间晃动作用下，从而导致绝缘受损，在接通电源后局部高温发热，最终管型母线绝缘击穿放电接地[1]。

2 预防措施

为了减低35 kV管型母线绝缘击穿造成的故障发生，风电场需结合生产运行的需求，提出并制订了以下的预防措施。

1)完成绝缘材料的升级改造，为了提高升压站35 kV管型母线运行的稳定性，通过与厂家沟通，部分35 kV管型母线管线材料结构已经老旧，虽然它们看似绝缘性能良好，但是为了材料满足当前人们使用的需求及安全稳定运行，需将结构老旧的管线全部更换。在更换时需要确保三相管母线材料、用量、规格一致性，以避免安全隐患的再次发生[2]。

2)提高包装防护等级，管型母线在运输过程中难免存在磕碰摩擦等情况，鉴于该情况，应在运输前根据运输条件、现场存放的情况做好包装，进一步提高防护等级。

3)优化施工的安全管理策略，通过优化管理制度，对材料管理及施工验收人员的工作提出要求，工作人员必须根据现场条件做好管母线等辅助材料的保管防护，同时严格把握质量安装和验收管理关。在使用材料时，就需要结合施工要求优选材料。结合时代的发展做好防水或防外力的防控措施。管理人员需要对管理的项目内容承担责任[3]。

4)做好施工人员的安全教育培训，提高人员综合素质，强化监督责任力度；强化工程现场管理，加大安全隐患排查力度，严格开展专业分项工程的检查与验收[4]。

5)做好运行日常动态的系统监控工作，如果在故障发生以前，就能对系统运行的情况进行监控，发现一些潜在的安全隐患，就能减少故障发生。根据这一需求，加大巡回检查力度，使用测温枪、红外成像仪等设备对重要部位进行检测，能够及时发现电晕放电异常情况或零、低值绝缘子恂常的现象。只有及时发现这类安全隐患，才能及时做好故障排查的工作，发现异常及时处理。

6)完善应急处置体系，结合实际情况编制相关故障的应急处置预案，通过开展应急演练对预案进行修编完善，以提高运行人员的应急处置能力，最终达到预期效果。

3 案例分析

3.1 故障概况

某风电场220 kV升压站主变差动保护动作，主变高、低压侧断路器保护跳闸，导致所属的35 kV集电线路停运。通过检查发现升压站35 kV管型母线A相已有明显绝缘击穿损坏现象，发现故障的部位绝缘层已经全部烧毁，铜管母已经裸露。该升压站35 kV管型母均为全绝缘结构，通过主变低压侧穿墙至35 kV集电线路开关柜内，并安装有屏蔽线接地，A、B、C三相避雷器，穿墙面前后1.5 m处分别设有三相嵌入式接头，母线中段设三相绝缘支撑，主变低压侧处、35 kV开关柜内接头为铜软连接。

3.2 检查分析

对故障发生的因素进行排查：①对外观进行排查，A相为故障相，它的绝缘层已经烧毁，铜导体露出，在非故障部位，外观没有异常。B/C相位为正常相，外观无异常。②对屏蔽线断裂可能存在的故障进行排查，使用万用表通断蜂鸣档进行测试，结果如下：A、B、C三相均有蜂鸣声，并且接地良好，由此可以了解屏蔽线断裂这一因素排除。③对材料的绝缘材料呈现的效果进行检测。使用2 500 MΩ表摇绝缘进行检测，检测的结果为：A相绝缘值为2.8 MΩ，而规程要求为必须大于2 000 MΩ，结果不合格；B相绝缘值为4 800 MΩ，而规程要求为必须大于2 000 MΩ，结果合格；C相绝缘值为5 200 MΩ，而规程要求为必须大于2 000 MΩ，结果合格，从检测的结果看到A相绝缘值远低于规程的要求，由此可判断B、C两相绝缘尚好，故障点A相绝缘击穿损坏，需重新更换。

3.3 故障处理

升压站35 kV管型母线均为全绝缘结构，这种结构的剖面由内至外分别为金属导体、半导电层、主绝缘层、半导电层、屏蔽层、绝缘护套层。这种结构要求绝缘层外绝对不带电，它允许与接地物件接触，并且这种结构的管型母线接地以后，可以直接与地碳接触，而不要求在接地时做好绝缘子保护，然而这种结构的管型母线对密封工艺要求相当高，在施工时，如果没有控制好施工质量，那么母线端部、中间接头、屏蔽接地引出线等位置均易出现渗水现象，如果施工质量没有得到控制，则会引起渗水现象。应用这种结构的管型母线的绝缘材料一旦出现了故障问题，就必须更换全部的材料，实际上它的维修成本比较高。

故障处理过程(见图2)：①在35 kV室内中间接头至主变低压侧管型母线重新加工生产，单相总长27 m，穿墙面前后1.5 m处分别设两段嵌入式接头，在连接时做好防水处理，然后使用双层热缩套管及绝缘套胶进行密封。②在穿墙套管主变侧增设一组支柱绝缘子支撑，防止因管型母线连接的主变、35 kV开关柜运行产生的共振晃动。③使用绝缘层将母线与金属抱箍接触面绝缘隔开，对抱箍内的间隙空间使用绝缘填充物填充，防止共振摩擦降低绝缘强度，同时提高整段母线共振的稳定性。④扩宽35 kV开关室穿墙预留孔，增大对地放电距离。⑤并在扩宽位置再增设一组三相支撑绝缘子，更换穿墙绝缘隔板，进一步提高运行可靠性高，可以避免同类安全事故发生。

图2 处理更换母线

虽然新更换的管型母线出厂前均通过各项试验，但考虑在运输、安装过程中发生磕碰，绝缘强度降低，因此在安装结束后，带电投运前，对35 kV管型母线进行交流耐压试验，以此了解整个电气回路是否存在安全隐患。提前发现安全隐患可以避免发生该次故障中由于一个安全隐患造成整条线路存在的安全隐患问题。

4 结 语

通过该管型母线绝缘击穿的案例中，对击穿点进行了排查及三相管型母线更换，并采取了相关预防措施，同时也暴露出了设备在运输、保管防护、安装等环节均存在管理上的漏洞，因此人们需要做好以下几点防控措施。

1)完善设备安全运行管理措施，做好日常监控，对存在的隐患即时发现即时消除。

2)为进一步提高设备的安全稳定运行，通过升压站定期检修，对管型母线本体及连接的主要设备进行检查，结合运行期观察情况，提出有效合理的升级优化改造方案，通过审批后及时予以实施改造，避免重复性故障发生。

3)加强设备运行数据分析，掌握设备健康度，提前消除各类设备的安全隐患，强化安全管理，避免事故发生。