張健能， 何宇琪， 胡曉萌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東佛山 528300）

絕緣管型母線絕緣缺陷紅外檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用

張健能， 何宇琪， 胡曉萌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，廣東佛山 528300）

絕緣管型母線絕緣缺陷的試驗(yàn)與排查手段缺乏。通過兩起紅外測溫發(fā)現(xiàn)管母受潮和現(xiàn)場解體處理情況，結(jié)合管母結(jié)構(gòu)，分析管母受潮發(fā)熱的原理，論述紅外測溫是發(fā)現(xiàn)管母絕緣受潮缺陷的有效手段。通過專項(xiàng)排查，又發(fā)現(xiàn)了多起類似的缺陷，驗(yàn)證了該方法的有效性。

絕緣管型母線；紅外檢測；絕緣缺陷；絕緣受潮；溫差法

0 引 言

絕緣管型母線（以下簡稱管母）因載流量大、集膚效應(yīng)低、功率損失小、散熱條件好、溫升低、允許應(yīng)力大、機(jī)械強(qiáng)度高等眾多優(yōu)點(diǎn)，在變電站主變變低母線中廣泛應(yīng)用［1-6］。

廣東佛山地區(qū)較早應(yīng)用管母，大量管母在運(yùn)行，近年出現(xiàn)多起管母絕緣擊穿接地，甚至發(fā)展為兩相接地短路的故障，而其它單位亦出現(xiàn)類似的故障［7-8］，對主變安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅，影響用戶供電。

管母在2000年后才逐步應(yīng)用，DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》沒有管母的預(yù)試內(nèi)容，南方電網(wǎng)公司2011年修編的Q/CSG 114002—2011《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》亦未對管母預(yù)試作出指引。管母與電纜結(jié)構(gòu)相似，文獻(xiàn)［9-13］對電纜的檢測為我們檢測管母的絕緣故障提供了思路。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)管母的絕緣缺陷，文獻(xiàn)［14-15］開展局部放電特性、檢測的研究。根據(jù)研究成果，佛山供電局開展在管母屏蔽接地線采用脈沖電流法進(jìn)行局放測試工作，然而開展1年多未能夠有效發(fā)現(xiàn)管母絕緣缺陷。但管母絕緣擊穿還是接連發(fā)生。從多起管母絕緣缺陷原因分析，全部是由于管母端部受潮導(dǎo)致。運(yùn)行人員日常細(xì)致的紅外測溫工作，發(fā)現(xiàn)多起管母端部受潮缺陷，有效抑制了管母絕緣擊穿事件的發(fā)生。

1 管母結(jié)構(gòu)介紹

管母由銅導(dǎo)體、主絕緣、半導(dǎo)體、銅屏蔽、外護(hù)套等組成，如圖1所示。部分10kV管母與20kV及以上管母，端部還采取多層分壓的結(jié)構(gòu)方式，降低端部電場強(qiáng)度。受運(yùn)輸長度的限制，管母一般在工廠分段制作，現(xiàn)場再安裝連接起來。

2 管母端部區(qū)域發(fā)熱缺陷檢測與處理

某110 kV變電站發(fā)現(xiàn)#1主變壓器變低管母C相絕緣外套有破損的孔洞，表面有異物，紅外測溫顯示該位置管母溫升較大，相對A、B相及其它位置溫升高16 K，如圖2所示。測溫時(shí)晴天，環(huán)境溫度13℃，#1主變壓器負(fù)荷13.8 MW，負(fù)載率27.6％，輕載。管母型號：JTMP-12/3150，運(yùn)行時(shí)間7年。

圖1　管母結(jié)構(gòu)

圖2　管母端部區(qū)域發(fā)熱

#1主變壓器變低管母停電進(jìn)行試驗(yàn)，測試結(jié)果如表1所示，管母C相介損超標(biāo)，存在局部放電，絕緣存在嚴(yán)重缺陷。

表1　#1主變變低管母試驗(yàn)數(shù)據(jù)

解剖檢查發(fā)現(xiàn)，黑色外護(hù)套、紅色護(hù)套有明顯的損壞痕跡，從避雷器引出線至屏蔽層接地引出線處表面有水，避雷器與銅屏蔽層之間的內(nèi)層絕緣護(hù)套嚴(yán)重?fù)p壞，銅屏蔽層嚴(yán)重發(fā)黑，絕緣護(hù)套下的主絕緣層完好，如圖3所示。

圖3　管母端部區(qū)域發(fā)熱解體分析

通過解剖分析，管母C相在運(yùn)行過程中，雨水從屏蔽層接地引出線位置，透過絕緣護(hù)套，沿銅屏蔽層滲入，至屏蔽層與避雷器引出線位置，造成該區(qū)域絕緣電阻降低，護(hù)套受損，銅屏蔽層電腐蝕發(fā)黑，管母端部至屏蔽層邊沿的整個(gè)區(qū)域出現(xiàn)過熱。

3 管母端部局部發(fā)熱缺陷檢測與處理

某220 kV變電站發(fā)現(xiàn)#1主變壓器變低管母A相第二個(gè)固定夾旁有一局部溫升比其它位置高10 K以上，且該處外絕緣有明顯的破損，見圖4。測溫時(shí)為連日陰雨后放晴，環(huán)境溫度28℃，#1主變壓器變低負(fù)荷電流460 A，輕載。管母型號：JTMP-12/ 4000，運(yùn)行時(shí)間8年。

解剖發(fā)現(xiàn)黑色外護(hù)套、紅色護(hù)套外層有明顯的損壞痕跡，黑色外護(hù)套內(nèi)有大量積水，紅色護(hù)套內(nèi)層損壞程度較輕，內(nèi)側(cè)較好，銅屏蔽層嚴(yán)重發(fā)黑（見圖5）。

清理受損的屏蔽層、半導(dǎo)體層及絕緣護(hù)套，主絕緣層完好。

圖4　管母端部局部發(fā)熱

圖5　管母端部局部發(fā)熱解剖分析

通過解剖分析，管母A相在運(yùn)行過程中，雨水沿端部黑色外護(hù)套與紅色護(hù)套間滲入，至屏蔽層與避雷器引出線位置，屏蔽層邊沿的絕緣外護(hù)套受損，該處局部過熱，銅屏蔽層電腐蝕發(fā)黑。

4 討論與分析

上述兩起管母絕緣缺陷均由于絕緣護(hù)套進(jìn)水受潮引起，但是紅外熱像圖與受潮位置卻有較大差別。

（1）兩者紅外熱像圖存在差異。管母端部區(qū)域發(fā)熱缺陷（缺陷一）發(fā)熱位置主要在導(dǎo)體接頭與屏蔽層端部之間的區(qū)域；管母端部局部發(fā)熱缺陷（缺陷二）發(fā)熱點(diǎn)集中，在位于屏蔽層邊沿的局部位置。

（2）受潮位置不同。缺陷一在紅色護(hù)套內(nèi)層與主絕緣層之間，從屏蔽層滲入；缺陷二在黑色外護(hù)套與紅色護(hù)套之間。

（3）管母端部采用分布式電路，見圖6，導(dǎo)體主絕緣（R11-R15）、紅外護(hù)套電阻（R21-R25）、黑色護(hù)套電阻（R31-R35）、主絕緣與紅色護(hù)套間沿面電阻（R51-R55）、紅外護(hù)套與黑色護(hù)套間沿面電阻（R61-R65）、黑色護(hù)套外表面沿面絕緣電阻（R71-R75）。示意圖中暫不考慮分布電容的影響。

圖6　管母端部分布電路

設(shè)備完好的情況下，各絕緣電阻值均很大。當(dāng)紅色護(hù)套與主絕緣間受潮進(jìn)水后，R51-R55阻值大幅降低，沿面電流增大，介損增大，屏蔽層至導(dǎo)體之間的區(qū)域整體溫升偏高，如缺陷一所示。

當(dāng)紅色護(hù)套與黑色外護(hù)套間受潮進(jìn)水后，R61-R65電阻值大幅降低，靠近屏蔽層的紅色護(hù)套R25承受大部分的相電壓（≈R25/（R25+∑R6i）），在潮氣與強(qiáng)電場的作用下，容易造成該部分絕緣護(hù)套發(fā)熱、損壞，出現(xiàn)屏蔽層附近局部過熱，如缺陷二所示。

（4）根據(jù)以上分析，紅外測溫時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注每段管母屏蔽層邊沿至導(dǎo)體區(qū)域是否有溫升。由于該處是電壓電流致熱型，因此要通過三相溫升對比，以及該區(qū)域與整段管母其它部位發(fā)熱情況的對比，來判斷是否有異常溫升。整段母線的溫升相差應(yīng)不超過2 K（參考一般電壓致熱型設(shè)備發(fā)熱缺陷的判據(jù)和管母測溫的經(jīng)驗(yàn)），而不同相溫升超過2K時(shí)，要引起注意，并分析是由于管母尺寸不一致或者三相電流不平衡造成，還是設(shè)備異常造成。

（5）由于主變壓器正常運(yùn)行時(shí)溫升較大，存在管母表面反射主變輻射紅外線，影響管母紅外測溫結(jié)果的問題，因此管母紅外測溫時(shí)要注意避免。另一方面，管母半徑不一致時(shí)，半徑大的一段管母單位散熱面積大，因此散失相同熱量時(shí)，溫差較小，即外表面溫升相對較低；而半徑小的一段管母單位散熱面積少，外表面溫升相對較高（見圖7）。因此要綜合分析，并與歷史數(shù)據(jù)比較，才能作出正確的判斷。

圖7　管母半徑對紅外測溫的影響

（6）管母每段連接處的接頭是電流致熱型，該處發(fā)熱是接觸不良引起的，而不是絕緣缺陷（見圖8）。要了解管母的結(jié)構(gòu)，紅外測溫才能做到準(zhǔn)確判斷。

圖8　管母接頭發(fā)熱

（7）管母制作、施工過程中，需要特別重視防潮措施，加強(qiáng)端部、屏蔽層接地線的密封處理，把好材料與施工工藝質(zhì)量關(guān)。

5 結(jié)束語

通過兩起管母典型絕緣缺陷的紅外熱像圖特征分析和解體檢查，歸納總結(jié)管母紅外測溫的要求：重點(diǎn)關(guān)注管母各段端部至屏蔽層邊沿之間的部位，以及導(dǎo)體引出位置、屏蔽層邊沿位置，通過各相溫升對比，按電流電壓致熱型設(shè)備來進(jìn)行判斷。

通過提高紅外測溫的針對性，以及相間溫升不超過2K的簡易判據(jù)，半年時(shí)間佛山地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)三起管母進(jìn)水受潮缺陷，并及時(shí)進(jìn)行了處理，同期未再發(fā)生絕緣擊穿事件，驗(yàn)證了紅外測溫的有效性。

［1］ 黎 斌，王日新，于 欣，等.創(chuàng)新型電容式復(fù)合絕緣母線及套管的研究、應(yīng)用和發(fā)展［J］.高壓電器，2013，49（6）：131-138.

［2］ 鐘定珠，孫 旭，羅志昭.變電站新型絕緣銅管母線［J］.廣東輸電與變電技術(shù)，2005（2）：69-70.

［3］ 張北寧.管形絕緣母線和矩形銅排母線性能比較及應(yīng)用［J］.水電與新能源，2010，92（6）：60-64.

［4］ 關(guān) 芳，楊益民.管型屏蔽絕緣母線的應(yīng)用［J］.中國水能及電氣化，2011，76（5）：59-62.

［5］ 劉錦江，支 峰.試論全絕緣屏蔽銅管母線在變電站中的應(yīng)用［J］.太原大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，13（3）：138-140.

［6］ 陳永武.銅管屏蔽絕緣母線的特點(diǎn)和應(yīng)用［J］.硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2007，81（6）：35-38.

［7］ 張真濤，張 斌，邢文濤，等.變壓器絕緣管母護(hù)套燒損故障分析及處理［J］.河南電力，2012（3）：23-24，32.

［8］ 姜慶密，亓富軍，田紀(jì)法.復(fù)合屏蔽絕緣管母線局部發(fā)熱成因及案例處理［J］.電氣技術(shù)，2013（9）：53-57.

［9］ 楊 帆，曾 莼，阮 羚，等.中壓交聯(lián)電纜接頭復(fù)合界面受潮缺陷的診斷方法研究［J］.高壓電器，2014，50（5）：1-5.

［10］ 史濟(jì)康，曹 家，袁 檢，等.XLPE電力電纜中間接頭復(fù)合介質(zhì)沿面放電研究［J］.高電壓技術(shù)，2001，27（4）：52-58.

［11］ 戴征宇，姜 蕓，羅俊華.預(yù)制型電纜附件沿面放電試驗(yàn)研究［J］.高電壓技術(shù)，2002，28（9）：7-8.

［12］ 吳 畏，汪 沨，黃智偉，等.110kV高壓電力電纜中間接頭電場、溫度場的仿真分析［J］.傳感器與微系統(tǒng)，2011，30 （8）：15-17.

［13］ 席義安.“溫差法”判斷電力電纜頭連接故障［J］.有色冶金節(jié)能，2008（4）：51-53.

［14］ 張 亮，李軍浩，譚家勇，等.絕緣銅管母線接頭處沿面局部放電特性研究［J］.高壓電器，2013，49（11）：94-98.

［15］ 鄭云海，吳奇寶，何華琴，等.全絕緣管母線局部放電的檢測與分析診斷［J］.絕緣材料，2010，43（4）：63-66.

Study and Application on Infrared Detection Technology in Insulation Defects of Insulated Tube Busbar

ZHANG Jian-neng，HE Yu-qi，HU Xiao-meng
（Guangdong Power Grid Foshan Power Supply Bureau，F(xiàn)oshan 528300，China）

Insulation test and investigation means in insulation defect of insulated tube busbar is deficiency.Two damp defect of insulated tube busbar was found by infrared temperature measurement.Tube busbar damage defects were processed in the field.Principle analysis of insulated tube busbar damp fever with its structure，it is proof that the infrared temperature measurement is the effective means to discover the tube busbar moistened insulation defects. Through special investigation，and found several similar defects，verify the validity of the proposed method.

insulated tube busbar；infrared detection；insulation defects；moistened insulation；temperature difference mothed.

TM206

A

1672-6901（2015）06-0017-05

2015-03-26

張健能（1972-），男，高級工程師.

作者地址：廣東佛山市順德區(qū)大良街道同暉路81號［528300］.