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
Total cases of enclosed bus and fully insulated enclosed tubular busbar operation reliability analysis
Wu 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 the 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 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 maintenance 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 described.
Keywords: common box closed busbar; partial discharge; single phase grounding fault; interphase short circuit fault; fully insulated closed tube type busbar
0 前言
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
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图1.2
3 全绝缘封闭管型母线
根据国 家 电 网 公 司 企 业 标 准 Q/GDW 11646—2016《7.2kV-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。
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图1.3
2）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≦1，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-50℃-+120℃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几种有机绝缘材料特性。
表1. 几种有机绝缘材料特性
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图1.3
图1.4
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图1.5
图1.6
4 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。
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Sun Bing, Analysis of Low Voltage Side Bus Bridge Discharge in a Wind Farm #1 Main Transformer Huadian Fuxin Anhui New Energy Co., Ltd.
作者简介：
吴昕
1977—，男，本科，工程师
主要从事高压供配电设计及高压电器运行管理研究。
2915890650@qq.com
赵东辉，1977—，男，本科，工程师，主要从事高压供配电设计及高压电器运行管理研究。
钟威，1986—，男，本科，工程师，主要从事电气一次设备的运维管理。
李功军，1983—，男，专科，助理工程师，主要从事高压供配电设计及运维管理。