共箱封闭母线与全绝缘封闭管型母线运行可靠性分析

1、共箱封闭母线与全绝缘封闭管型母线运行可靠性分析摘要：升压站、降压站、变电站的一次设备的安全稳定运行直接影响到公司的 安全生产，及时消除各类隐患和缺陷是确保安全变、配电的关键所在。金属共箱 封闭式母线桥在高负荷运行条件下，受湿度、温度等外界因素影响，易发生母线 放电现象。而全绝缘封闭管型母线占用空间小、散热条件好、维护工作量少，运 行具有高度的可靠性及安全性。本文通过对湖北金盛兰冶金科技有限公司共箱式 封闭母线与全绝缘封闭管型母线从设备设计、选型、运维等环节的对比，阐述一 种更加持久安全可靠的母线电能传输方案。关键词：共箱封闭母线；局部放电；单相接地故障；相间短路故障；全绝缘 封闭管型母线Tot

2、al cases of enclosed bus and fully insulated enclosed tubular busbar operation reliability analysisWu Xin, Zhao Donghui, Zhong Wei, Li Gongjun（Hubei Jinshenglan Metallurgical Technology Co., Ltd., Xianning Fengyuan Electric Co., Ltd., Hubei Ka Yu 437 200）Absrtact: The safe and stable operation of th

3、e primary equipment of the booster station, the depressurization station and the substation directly affects the safety production of the company, and the key to ensure the safe transformer and distribution is to eliminate all kinds of hidden dangers and defects in time. Under the condition of high

4、load operation, the closed busbar bridge of metal common box is influenced by external factors such as humidity and temperature, so it is easy to occur the phenomenon of busbar discharge. However, the fully insulated closed tube busbar has small space, good heat dissipation condition, less maintenan

5、ce work and high reliability and safety. In this paper, the equipment design, type selection, operation and maintenance of closed busbar and fully insulated closed tube busbar of Hubei Jinshenglan Metallurgical Technology Co., Ltd. A more durable, safe and reliable bus power transmission scheme is d

6、escribed.Keywords: common box closed busbar; partial discharge; single phase grounding fault; interphase short circuit fault; fully insulated closed tube type busbar0刖言湖北金盛兰冶金科技有限公司（下称金盛兰）220kV总降压变电站共有四台， 其中两台80000kVA,两台120000kVA，分两期建成投产，是国网湖北省咸宁地区 2015年重点建设的区域电力变配电重要变电站之一，主变低压侧35kV、10kV出 线端子连接母线分别向

7、35kV配电室和10kV配电室总进线柜分别供电，一旦35kV 或10kV主母线绝缘性能降低发生局部放电、甚至单相接地或相间短路故障，可能 造成设备损坏导致整条母线失压、进而发生全厂大面积停电事故。2共箱封闭母线金盛兰220kV总降压变电站四台主变中1#、2#变压器低压侧室外部分采用的 是加装支柱绝缘子的半绝缘母线；穿墙进入室内的部分采用的是共箱式封闭母线 桥（如图1.1），现已经投运4年左右。由于该变电站位于湖北咸宁嘉鱼县，地 处长江岸边，夏季雨水充沛、气候潮湿，温度较高，昼夜温差较大，且钢厂周边粉尘稍大，局部污秽等级较高，需要运维人员每年定期对共箱封闭母线桥进行清 洁、除尘、擦拭等维护保养工

8、作，无形中增加了人工成本以及停电时间。有时候 维护保养后，进行预防性耐压试验时，整体绝缘测试耐压数值依然较低，不得不 再次逐个排查支柱绝缘子，费时费事费力。共箱封闭母线桥因其为金属箱体封闭 形式，导致散热条件较差，运行期间值班人员不能直观的观察母线运行情况，出 现问题不能第一时间发现并顺利排除隐患，从而容易导致意外停电故障。共箱封 闭母线桥导体为铜排，集肤效应系数大，大电流时需多根铜排并联，电流分布不 均。铜排使用普通热缩套管简单防护，未使用复合屏蔽绝缘材料，绝缘方式为空 气绝缘，绝缘性能、散热性能等方面较差，且由于封闭空间有限，往往35kV母 线桥相间不能达到300mm安全距离，受综合环境因

9、素影响，极易发生受潮、局 部放电、相对地短路甚至相间短路现象或故障。铜排因为是矩形，机械强度低且 连接节点多，所以本身的机械性能不好，抗电气震动较差，支撑铜排的支柱绝缘 子需密集分布，增加安全隐患。如图1.2为共箱封闭母排局部发生放电现象，进 而诱发单相对地短路，导致故障报警而停机。图1.1图1.23全绝缘封闭管型母线根据国家电网公司企业标准Q/GDW 11646-20167.2kV-40.5kV绝缘管 型母线技术规范7.1.4条款，全绝缘管型母线按绝缘结构来划分，共计有“真空 浸渍式、挤包式或机械绕包式三种工艺形式。本文仅阐述采用机械绕包式生产工 艺制造的全绝缘封闭管型母线。全绝缘封闭管型母

10、线导体为铜管或铝管，具有如下特点：1）绝缘性能好，安全性高全绝缘封闭管型母线采用电容均压原理，在管型导体上机械绕包有机绝缘 材料，根据电压等级设计包绕层数，在设定的层数中制作电容屏构成一串同轴圆 柱电容器，主绝缘采用变屏距均压设计，电容屏径向及轴向电压分布均匀，绝缘 强度和抗短路能力强，主绝缘外层采用有机复合护套加以保护，强化了主绝缘的 电气强度及沿面电位分布的均匀性和耐恶劣气候性能。复合电容屏屏蔽全绝缘方式，末屏金属屏蔽层通过接地引线与系统地连接， 管型母线外表电位为零，安全可靠性非常高。图1.3为笔者带电运行状态下，分 别对额定电压35kV和10kV的两个回路不同相的多个位置实际检测到的外

11、护层电 压均为0.003V，扣除仪表灵敏度，实际检测外表电位为零，真正做到全绝缘、全 密封，运行中无须机械防护和隔离，不会对任何生命体造成安全威胁。图1.32）不受环境干扰，可靠性高管型母线的每相是独立复合屏蔽绝缘，用于调节热胀冷缩的伸缩软连接之 间全程绝缘屏蔽，真正实现全绝缘功能，不受环境干扰，内部无凝露产生，且外 界潮气无法侵入主绝缘体，无须加装支柱绝缘子，潮湿、凝露、灰尘、污秽、安 全距离等等诱发接地和相间短路故障的各种不利因素均对全绝缘封闭管型母线没 有任何影响，投运后的运行具有高度的可靠性。3）载流量大，散热好管型母线的主体为空心铜管或铝合金管，表面积大，其表面集肤效应系数 低，Kf

12、M1，交流电阻小，因而母线的功率损失小。相对常规矩形母线，其导体表 面电流密度分布均匀，散热好。4）抗电气震动能力强管型母线主体允许应力为矩形母线的4倍，可承受的短路电流大，机械强度 高，使得母线支撑跨距最大可达4.5米。其直接将母线固定在钢构架上或混凝土 支架上，取消穿墙套管和支柱绝缘子，具有较强的抗震动能力。动稳定试验结果 表面，电压10kV、额定电流6300A的全绝缘铜管母线，可承受63kA（4s）短路 电流冲击。5）母线架构简明、布置清晰、安装方便，外形美观，产品一次安装完成并 现场交接试验全部合格后，基本终身免维护。正是基于对1#、2#主变低压侧共箱式封闭母线桥的运行经验和多次事故处

13、理 过程的总结，湖北金盛兰能源动力分厂决定在3#、4#主变压器低压侧出线端子开 始，到室内总进线柜，全部采用全绝缘封闭管型母线，经过前期调研、与多家制造商进行充分技术交流并实地 考察制造商的工厂及生产全过程后，公司在真空浸渍式、挤包式或机械绕包式 三种典型制造工艺中选定机械绕包式制造工艺，最终选定由国内知名上市公司 深圳市沃尔核材股份有限公司的全资子公司天津沃尔法电力设备有限公司来作为 全绝缘封闭管型母线的供应商。该公司全绝缘封闭管型母线的主绝缘正是采用电容均压原理，在管形导体上 机械绕包有机绝缘材料，根据电压等级设计包绕层数，在设定的层数中制作电容 屏构成一串同轴圆柱电容器，主绝缘采用变屏距

14、均压设计.电容屏径向及轴向电压 分布均匀，绝缘强度和抗短路能力强，主绝缘外采用有机复合护套加以保护，强 化了主绝缘的电气强度及沿面电位分布的均匀性和耐恶劣气候性能。主绝缘材料 采用具有绝缘之王美誉的聚酯薄膜，聚酯薄膜在机械绕包过程中表层快速涂粘 一层薄薄的硅油油膜，两者与真空镀铝膜构成有机复合屏蔽绝缘层，可在-50C- +120C范围长期保持正常的绝缘性能（如图1.4、1.5、1.6）和工作稳定性。从投 运至今运行良好，免维护。电工用聚酯薄膜和硅油是优良的有机绝缘材料，其长期运行的可靠性已被以 往的许多电工产品运行实践所证实。聚酯薄膜比聚四氟乙烯、硅橡胶有更好的电 气和机械性能，列于表1几种有

15、机绝缘材料特性。表1.几种有机绝缘材料特性图1.3图1.4图1.5图1.64结论通过对比分析及结合金盛兰实际情况，采用共箱式封闭母线桥容易发生相对 地短路或相间短路及放电现象，运行安全性较低，每年需进行大量的维护工作。 而采用全绝缘封闭管型母线，占用空间小、散热条件好、维护工作量少，运行具 有高度的安全可靠性。5结束语选用全绝缘封闭管形母线时应对管材、金具严格把质量关，各项电气性能指 标、力学性能指标均应满足国家标准，选择应注意以下几个方面：1）中间接头应为焊接连接不宜机械式螺栓连接。机械连接在长时间电动力 或外力震动下，会产生松动，或因潮气影响造成表面氧化，导致接触电阻增大， 导致发热严重而

16、引起故障。2）厂家选择时关键指标就是看该公司能否制造更高电压等级的高压绝缘母 线，如果不能制作比同级别更高电压等级，不宜作为供货商。3）主绝缘材料应选用电气及机械性能比聚四氟乙烯更好的聚酯薄膜。4）管母出厂试验时，耐压、局放、介损三项核心指标必须严格检测，其中 对无法做到产品在2.2Um/电压下的“局部放电”零检出的厂家不考虑选择。参考文献References王如璋等，合成薄膜绝缘电流互感器结构设计与运行维护M，北京：中国电 力出版社，2010.Wang Ruzhang et al. Structure Design and Operation maintenance of synthetic

17、 thin Film Insulation current Transformer M, Beijing: China Electric Power Press, 2010.邬雄飞等，电工绝缘手册M，第1版.北京:机械工业出版社，1990年.Wu Xiongfei et al., Electrical Insulation Manual M ,1st ed. Beijing: Mechanical Industry Press,1990.严璋，朱德恒等，高电压绝缘技术M.第3版.北京:中国电力出版社，2002年.Yan Zhang, Zhu Deheng et al. High voltage

18、 insulation technology M. Version 3. Beijing: China Electric Power Press,2002.电工材料应用手册编委会，电工材料应用手册K，北京:机械工业出版社，1999 年.Editorial Board of Electrical Materials Application Manual, Electrical Materials Application Manual K, Beijing: Mechanical Industry Press,1999.张福林，复合绝缘子外绝缘基材硅橡胶表面憎水性及憎水性迁移性能机理分析 J，华北

19、电力技术，1999（1）:19-21.Zhang Flin, Analysis of Hydrophobicity and Hydrophobicity Migration Mechanism of Composite Insulator Based Silastic Surface J, North China Electric Power Technology,1999（1）:19-21.VlASTAS A E.长期暴露在户外环境的有机复合绝缘子表面劣化判断J,电瓷避雷 器译丛，1992（37）:7-16.VlASTASE. Long - term exposure to outdoor envir