共箱封閉母線與全絕緣封閉管型母線運行可靠性分析

1、共箱封閉母線與全絕緣封閉管型母線運行可靠性分析摘要：升壓站、降壓站、變電站的一次設(shè)備的安全穩(wěn)定運行直接影響到公司的 安全生產(chǎn)，及時消除各類隱患和缺陷是確保安全變、配電的關(guān)鍵所在。金屬共箱 封閉式母線橋在高負(fù)荷運行條件下，受濕度、溫度等外界因素影響，易發(fā)生母線 放電現(xiàn)象。而全絕緣封閉管型母線占用空間小、散熱條件好、維護工作量少，運 行具有高度的可靠性及安全性。本文通過對湖北金盛蘭冶金科技有限公司共箱式 封閉母線與全絕緣封閉管型母線從設(shè)備設(shè)計、選型、運維等環(huán)節(jié)的對比，闡述一 種更加持久安全可靠的母線電能傳輸方案。關(guān)鍵詞：共箱封閉母線；局部放電；單相接地故障；相間短路故障；全絕緣 封閉管型母線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刖言湖北金盛蘭冶金科技有限公司（下稱金盛蘭）220kV總降壓變電站共有四臺， 其中兩臺80000kVA,兩臺120000kVA，分兩期建成投產(chǎn)，是國網(wǎng)湖北省咸寧地區(qū) 2015年重點建設(shè)的區(qū)域電力變配電重要變電站之一，主變低壓側(cè)35kV、10kV出 線端子連接母線分別向

7、35kV配電室和10kV配電室總進線柜分別供電，一旦35kV 或10kV主母線絕緣性能降低發(fā)生局部放電、甚至單相接地或相間短路故障，可能 造成設(shè)備損壞導(dǎo)致整條母線失壓、進而發(fā)生全廠大面積停電事故。2共箱封閉母線金盛蘭220kV總降壓變電站四臺主變中1#、2#變壓器低壓側(cè)室外部分采用的 是加裝支柱絕緣子的半絕緣母線；穿墻進入室內(nèi)的部分采用的是共箱式封閉母線 橋（如圖1.1），現(xiàn)已經(jīng)投運4年左右。由于該變電站位于湖北咸寧嘉魚縣，地 處長江岸邊，夏季雨水充沛、氣候潮濕，溫度較高，晝夜溫差較大，且鋼廠周邊粉塵稍大，局部污穢等級較高，需要運維人員每年定期對共箱封閉母線橋進行清 潔、除塵、擦拭等維護保養(yǎng)工

8、作，無形中增加了人工成本以及停電時間。有時候 維護保養(yǎng)后，進行預(yù)防性耐壓試驗時，整體絕緣測試耐壓數(shù)值依然較低，不得不 再次逐個排查支柱絕緣子，費時費事費力。共箱封閉母線橋因其為金屬箱體封閉 形式，導(dǎo)致散熱條件較差，運行期間值班人員不能直觀的觀察母線運行情況，出 現(xiàn)問題不能第一時間發(fā)現(xiàn)并順利排除隱患，從而容易導(dǎo)致意外停電故障。共箱封 閉母線橋?qū)w為銅排，集膚效應(yīng)系數(shù)大，大電流時需多根銅排并聯(lián)，電流分布不 均。銅排使用普通熱縮套管簡單防護，未使用復(fù)合屏蔽絕緣材料，絕緣方式為空 氣絕緣，絕緣性能、散熱性能等方面較差，且由于封閉空間有限，往往35kV母 線橋相間不能達到300mm安全距離，受綜合環(huán)境因

9、素影響，極易發(fā)生受潮、局 部放電、相對地短路甚至相間短路現(xiàn)象或故障。銅排因為是矩形，機械強度低且 連接節(jié)點多，所以本身的機械性能不好，抗電氣震動較差，支撐銅排的支柱絕緣 子需密集分布，增加安全隱患。如圖1.2為共箱封閉母排局部發(fā)生放電現(xiàn)象，進 而誘發(fā)單相對地短路，導(dǎo)致故障報警而停機。圖1.1圖1.23全絕緣封閉管型母線根據(jù)國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 11646-20167.2kV-40.5kV絕緣管 型母線技術(shù)規(guī)范7.1.4條款，全絕緣管型母線按絕緣結(jié)構(gòu)來劃分，共計有“真空 浸漬式、擠包式或機械繞包式三種工藝形式。本文僅闡述采用機械繞包式生產(chǎn)工 藝制造的全絕緣封閉管型母線。全絕緣封閉管型母

10、線導(dǎo)體為銅管或鋁管，具有如下特點：1）絕緣性能好，安全性高全絕緣封閉管型母線采用電容均壓原理，在管型導(dǎo)體上機械繞包有機絕緣 材料，根據(jù)電壓等級設(shè)計包繞層數(shù)，在設(shè)定的層數(shù)中制作電容屏構(gòu)成一串同軸圓 柱電容器，主絕緣采用變屏距均壓設(shè)計，電容屏徑向及軸向電壓分布均勻，絕緣 強度和抗短路能力強，主絕緣外層采用有機復(fù)合護套加以保護，強化了主絕緣的 電氣強度及沿面電位分布的均勻性和耐惡劣氣候性能。復(fù)合電容屏屏蔽全絕緣方式，末屏金屬屏蔽層通過接地引線與系統(tǒng)地連接， 管型母線外表電位為零，安全可靠性非常高。圖1.3為筆者帶電運行狀態(tài)下，分 別對額定電壓35kV和10kV的兩個回路不同相的多個位置實際檢測到的外

11、護層電 壓均為0.003V，扣除儀表靈敏度，實際檢測外表電位為零，真正做到全絕緣、全 密封，運行中無須機械防護和隔離，不會對任何生命體造成安全威脅。圖1.32）不受環(huán)境干擾，可靠性高管型母線的每相是獨立復(fù)合屏蔽絕緣，用于調(diào)節(jié)熱脹冷縮的伸縮軟連接之 間全程絕緣屏蔽，真正實現(xiàn)全絕緣功能，不受環(huán)境干擾，內(nèi)部無凝露產(chǎn)生，且外 界潮氣無法侵入主絕緣體，無須加裝支柱絕緣子，潮濕、凝露、灰塵、污穢、安 全距離等等誘發(fā)接地和相間短路故障的各種不利因素均對全絕緣封閉管型母線沒 有任何影響，投運后的運行具有高度的可靠性。3）載流量大，散熱好管型母線的主體為空心銅管或鋁合金管，表面積大，其表面集膚效應(yīng)系數(shù) 低，Kf

12、M1，交流電阻小，因而母線的功率損失小。相對常規(guī)矩形母線，其導(dǎo)體表 面電流密度分布均勻，散熱好。4）抗電氣震動能力強管型母線主體允許應(yīng)力為矩形母線的4倍，可承受的短路電流大，機械強度 高，使得母線支撐跨距最大可達4.5米。其直接將母線固定在鋼構(gòu)架上或混凝土 支架上，取消穿墻套管和支柱絕緣子，具有較強的抗震動能力。動穩(wěn)定試驗結(jié)果 表面，電壓10kV、額定電流6300A的全絕緣銅管母線，可承受63kA（4s）短路 電流沖擊。5）母線架構(gòu)簡明、布置清晰、安裝方便，外形美觀，產(chǎn)品一次安裝完成并 現(xiàn)場交接試驗全部合格后，基本終身免維護。正是基于對1#、2#主變低壓側(cè)共箱式封閉母線橋的運行經(jīng)驗和多次事故處

13、理 過程的總結(jié)，湖北金盛蘭能源動力分廠決定在3#、4#主變壓器低壓側(cè)出線端子開 始，到室內(nèi)總進線柜，全部采用全絕緣封閉管型母線，經(jīng)過前期調(diào)研、與多家制造商進行充分技術(shù)交流并實地 考察制造商的工廠及生產(chǎn)全過程后，公司在真空浸漬式、擠包式或機械繞包式 三種典型制造工藝中選定機械繞包式制造工藝，最終選定由國內(nèi)知名上市公司 深圳市沃爾核材股份有限公司的全資子公司天津沃爾法電力設(shè)備有限公司來作為 全絕緣封閉管型母線的供應(yīng)商。該公司全絕緣封閉管型母線的主絕緣正是采用電容均壓原理，在管形導(dǎo)體上 機械繞包有機絕緣材料，根據(jù)電壓等級設(shè)計包繞層數(shù)，在設(shè)定的層數(shù)中制作電容 屏構(gòu)成一串同軸圓柱電容器，主絕緣采用變屏距

14、均壓設(shè)計.電容屏徑向及軸向電壓 分布均勻，絕緣強度和抗短路能力強，主絕緣外采用有機復(fù)合護套加以保護，強 化了主絕緣的電氣強度及沿面電位分布的均勻性和耐惡劣氣候性能。主絕緣材料 采用具有絕緣之王美譽的聚酯薄膜，聚酯薄膜在機械繞包過程中表層快速涂粘 一層薄薄的硅油油膜，兩者與真空鍍鋁膜構(gòu)成有機復(fù)合屏蔽絕緣層，可在-50C- +120C范圍長期保持正常的絕緣性能（如圖1.4、1.5、1.6）和工作穩(wěn)定性。從投 運至今運行良好，免維護。電工用聚酯薄膜和硅油是優(yōu)良的有機絕緣材料，其長期運行的可靠性已被以 往的許多電工產(chǎn)品運行實踐所證實。聚酯薄膜比聚四氟乙烯、硅橡膠有更好的電 氣和機械性能，列于表1幾種有

15、機絕緣材料特性。表1.幾種有機絕緣材料特性圖1.3圖1.4圖1.5圖1.64結(jié)論通過對比分析及結(jié)合金盛蘭實際情況，采用共箱式封閉母線橋容易發(fā)生相對 地短路或相間短路及放電現(xiàn)象，運行安全性較低，每年需進行大量的維護工作。 而采用全絕緣封閉管型母線，占用空間小、散熱條件好、維護工作量少，運行具 有高度的安全可靠性。5結(jié)束語選用全絕緣封閉管形母線時應(yīng)對管材、金具嚴(yán)格把質(zhì)量關(guān)，各項電氣性能指 標(biāo)、力學(xué)性能指標(biāo)均應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，選擇應(yīng)注意以下幾個方面：1）中間接頭應(yīng)為焊接連接不宜機械式螺栓連接。機械連接在長時間電動力 或外力震動下，會產(chǎn)生松動，或因潮氣影響造成表面氧化，導(dǎo)致接觸電阻增大， 導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重而

16、引起故障。2）廠家選擇時關(guān)鍵指標(biāo)就是看該公司能否制造更高電壓等級的高壓絕緣母 線，如果不能制作比同級別更高電壓等級，不宜作為供貨商。3）主絕緣材料應(yīng)選用電氣及機械性能比聚四氟乙烯更好的聚酯薄膜。4）管母出廠試驗時，耐壓、局放、介損三項核心指標(biāo)必須嚴(yán)格檢測，其中 對無法做到產(chǎn)品在2.2Um/電壓下的“局部放電”零檢出的廠家不考慮選擇。參考文獻References王如璋等，合成薄膜絕緣電流互感器結(jié)構(gòu)設(shè)計與運行維護M，北京：中國電 力出版社，2010.Wang Ruzhang et al. Structure Design and Operation maintenance of synthetic

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