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全绝缘母线外绝缘击穿问题分析及改造措施

文档作者：张东，周利兵文档来源：国网新疆电力公司电力科学研究院		点击数：	更新时间： 2021年12月17日
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第30卷第11期
2014年11月
电力科学与工程
Electric Power Science and Engineering
V01．30．No．11
37
Nov．，2014
全绝缘母线外绝缘击穿问题分析及改造措施
张东，周利兵
(国网新疆电力公司电力科学研究院，新疆乌鲁木齐830011)
摘要：全绝缘母线在实际运行中经常出现外护层烧毁但主绝缘不受影响的情况，严重影响全绝缘母线的
安全运行。通过分析全绝缘母线结构、在现场的安装方式和母线头部及中间开口处绝缘处理情况，发现
全绝缘母线结构与单芯电缆结构类似，在屏蔽接地中采用多点接地，母线头部和中间开口处采用热缩材
料处理等，进而从材料接地方式分析了全绝缘母线外护层烧毁的原因。并且提出了相应的改造措施，在
全绝缘母线屏蔽接地上采用中点接地，在母线头部和中间开口处的绝缘采用冷缩材料处理，进而达到提
高全绝缘母线安全运行的效果。
关键词：全绝缘母线；热缩；冷缩；中点接地
中图分类号：TM86 文献标识码：B DOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．11．008
0引言
全绝缘母线与传统的母线相比具有如下特
点¨“。：母线载流量大、集肤效应系数小、电流
分布均匀、功率损失小、机械强度高，可显著减
少母线桥支柱绝缘子的数量，节约综合成本；母
线外表面有绝缘护套层，安全系数高；可直接敷
设在电缆沟内的电缆支架上；母线实行免维护运
行，使用寿命长等特点。但在运行中经常出现全
绝缘母线外护层烧毁、内绝缘良好的情况，严重
影响全绝缘母线的正常运行。因此有必要对全绝
缘母线外护层烧毁的原因进行分析，提出解决措
施，保障全绝缘母线的正常运行。
1事故概述
2014年5月13～14日，某地区为大风浮尘天
气，15日凌晨出现降雨，雨后巡视发现，某变电站
1号主变10 kV侧全绝缘管型母线桥外护套多处存
在烧蚀异常现象，烧蚀部位主要集中在母线避雷器
T接接头、接地屏蔽线、管母终端接线板、管母固
定金具和管母外护套搭接处，经红外诊断未发现烧
蚀部位发热异常。10 kV全绝缘管型母线采用外加
支柱绝缘子安装固定，图1为某个击穿点。
图1 击穿的绝缘母线
从停电检查处理情况分析，上述部位均为外
护套保护层密封性能的薄弱位置，容易受到外界
自然条件影响。从现场情况了解，管母异常前期，
某地呈大风浮尘天气，后伴随降雨，管母外护套
表面沉积有沙尘和雨水冲刷的痕迹，烧蚀位置位
于管母的底部(沙尘、雨水沉积处)。经查某变
是按照e级防污等级设计，须满足31 kV／mm爬
电比距，且室外终端头应设置防雨伞裙绝缘护套：
以增加爬电部位的安全距离，但是某变现场施工
未安装防雨伞裙绝缘护套。
收稿日期：2014—08—07。
作者简介：张东(1986一)，男，助理工程师，主要研究方向为电力系统防雷及接地，E—mail：zhangdon92．0@163．com。
万方数据
38 电力科学与工程2014拄
2事故原因分析
2．1环境影响
全绝缘母线端部和中间接线处均采用热缩材
料进行密封，由于热缩材料的收缩温度为100℃～
140。(2‘5。J，只有在安装时，温度才可以满足其收
缩条件，热缩完成后再受热将会出现疲劳状态。
当温度变化时，由于全绝缘母线的膨胀系数与密
封采用的热缩材料的膨胀系数并不一致，全绝缘
母线与热缩材料可能在温度变化时产生裂缝，水
和潮汽就会进入到全绝缘母线内部，从而会影响
热缩管处的绝缘和该处屏蔽接地的接触电阻，这
就是热缩材料的缺点。
由于事故发生地昼夜温差变化大，全绝缘管
型母线各段接头所采用的热缩管绝缘密封处理难
以适应，容易使管母接头热缩护套热胀冷缩发生
开裂、形变等密封不良缺陷，风沙、雨雪侵蚀接
头处绝缘受潮产生沿面爬电，长期运行绝缘劣化
最终导致绝缘击穿故障。
2．2屏蔽层环流导致屏蔽层接地受损
从现场图片放电部位可以看出，图中击穿点
为屏蔽层接地处。屏蔽层烧坏后绝缘母线还可继
续运行，说明主绝缘没有受到损坏。与厂家人员
沟通得知，主绝缘的高温耐受能力为250℃以上，
而且烧毁部位都位于屏蔽接地点。屏蔽接地点的
接触电阻要大于屏蔽线本身的电阻，加上受潮使
屏蔽层接地点接地电阻增大。如果屏蔽层环流过
大，在屏蔽接地点将会产生大量热量旧’91，发热量
过大会先烧毁屏蔽层。
绝缘母线结构如图2所示。从图2中可以看
出，绝缘母线结构与单芯电缆结构相似¨⋯，主绝
缘采用多重电容屏蔽层和绝缘层相互交替构成，
由内向外依次为导电管一导体屏蔽层(半导层)
一主绝缘层一绝缘屏蔽层一接地屏蔽层一屏蔽保
护层一外护套。屏蔽层只包括在一相绝缘母线上，
这样一来，母线运行时会在屏蔽层上产生感应电
压，而绝缘母线屏蔽层接地点又较多，这样感应
电压与接地点和屏蔽层形成了回路⋯’”1，回路人
地点既为屏蔽层的各个接地点。下面分析三相全
图2绝缘母线结构示意图
绝缘母线的感应环流及其对全绝缘母线外护层的
影响。
全绝缘母线在变电站水平布置如图3所示。
图3中A，B，C代表三相单芯电缆；间距S=S．
=S，，S，=2S。
图3三相全绝缘母线平行布置图
边相感应电压： 玑。=U岛=，石再i再
中相感应电压：U皿=Ix，。
其中：戈s=2coln(S／r)·10一
z。=20Jln2·10—4
z1．2石3 2戈5
式中：戈为单相电缆每km感抗，11／km；∞为交
流电的角频率，rad／s；U为每km电缆的感应电
压，V／km；，为流过电缆导体的电流，A；S为不
同电缆之间中心距离，m；r为电缆屏蔽层半
径，m。
回路电缆情况，假定其每回，，r相等。
根据全绝缘母线现场运行情况，Js。和Js：为
0．35 m，S，为0．7 m。电缆屏蔽层半径r为
0．08 m，流过电缆导体电流，为1 800 A，交流电
角频率为314 rad／s。经上式计算得出边相全绝缘
母线护套层感应电压为216．9 V／km，中相全绝缘
母线护套层感应电压为166．8 V／km。该站运行全
万方数据
第11期张东，等全绝缘母线外绝缘击穿问题分析及改造措施39
绝缘母线长度为100 m，由此可知全绝缘母线上
的感应电压大小为边相21．69 V，中相为
16．68 V。
变电站全绝缘母线采用多点接地，由于变电
站全站铺设有接地网，经现场测量发现不同接地
点间的导通电阻在10～25 mO。根据烧毁点两端
接地点距离分别为15 rn和18 m，同时根据不同接
地点导通电阻大小，计算得出烧毁段边相电流大
小为65．4 A，中相电流大小为46．8 A。
由以上分析可知，全绝缘母线多点接地情况
下屏蔽层环流较大，热缩管出现问题后屏蔽层接
地点接地电阻增大，现场测量屏蔽接地点接触电
阻为8～13 mQ，结合前面计算的屏蔽层环流，屏
蔽接地点的发热功率在25．3～35．4 w之间，如此
大的发热功率在屏蔽层接地处就会产生较多的热
量，而此处热量又不易散发出去，造成接地点温
度过高，进而烧毁全绝缘母线外护套。
2．3绝缘管母未有相关标准
经过与生产厂家沟通，发现生产绝缘管母的
厂家未能提供相关的国标或行标，其生产是依据
客户需求进行，这样就给设备正常运行带来一定
隐患。
3整改措施及建议
3．1屏蔽接地处热缩管更换为冷缩管
冷缩技术是将支撑条放人到电缆接头处的冷
缩管中，将冷缩管套到指定位置，然后抽去冷缩
管中的支撑条，使冷缩管自然收缩。由于冷缩管
采用的是液体硅橡胶制做，使用中不需要加热，
安装完成以后不会像热缩管那样出现附件与电缆
脱开的危险。冷缩材料具有较好的弹性，可以避
免由于大气环境、电缆运行中负载高低产生的电
缆热胀冷缩，即“电缆呼吸”所产生的绝缘之间
的空隙而造成的击穿事故。因此，采用冷缩管是
温差大、受气候环境影响大的地域最佳的选择。
3．2改变现有绝缘母线屏蔽层接地方式
(1)常用接地方式介绍。
屏蔽两端接地：电缆金属护层在两个终端位
置直接接地的连接方式是护层两端接地¨“，这种
方式适合电缆长度较短、电缆上传输功率较小的
场合。而且两端接地后，不需要再安装保护器，
可以有效减小维护工作量，同时为了减小屏蔽层
环流电流大小，可以提高接地点接地电阻或减小
屏蔽层接地引的的截面积。
屏蔽一端接地：一点接地就是将全绝缘母线
一端接地，一端经护层保护器接地(就是护层一
端接地)。这种方式适合于护层感应电压不高的情
况，一般一端接地时另一端小于50 V。
屏蔽中点接地：屏蔽中点接地就是将全绝缘
母线的中间屏蔽层接地，保护器接在全绝缘母线
的两端。这种方式适合于母线长度较短，但流过
其中的电流较大而造成线路屏蔽层感应电压过大，
采用分段后两端电压满足一点接地时的要求的情
况。采用中点接地时两端感应电压都小于50 V。
屏蔽交叉互联：交叉互联接地是将线路分成
3的平均份，在分段处将屏蔽层用换位箱换位‘1⋯，
换位处加装保护器，将线路的两端接地。这种接
地方式的优点是使两端接地点之间的电位为零，
不会在屏蔽层形成环流，适合于线路较长的场合，
但其施工复杂且成本较高。
(2)全绝缘母线接地方式选择
以上常用几种接地方式都可以减小环流，进
而减小接地处的电流引起的接地点发热问题。根
据全绝缘母线的长度和载流较大的情况，考虑屏
蔽层感应电压计算结果，对于全绝缘母线可以采
用一点接地或中点接地。但考虑到过电压的影响，
建议采用中点接地方式对现有全绝缘母线接地进
行改造。
3．3规范绝缘母线标准
由于没有相关标准，在绝缘母线出现问题后
无标准可依，给问题查找和故障分析带来一定困
难。由于是新型产品，在运行中应当注意积累经
验，最终根据运行经验出台相关标准，以保障全
绝缘母线的安全运行。
4结论
针对全绝缘母线在运行中出现的外护层烧毁
而内绝缘完好的问题，从结构、在现场的安装方
万方数据
电力科学与工程2014正
式和母线头部及中间开口处绝缘处理情况对问题
的原因进行了分析。分析过程中发现全绝缘母线
结构与单芯电缆结构类似，但全绝缘母线在屏蔽
接地中采用多点接地，母线头部和中间开口处采
用热缩材料处理等问题。从材料和接地方式分析
了全绝缘母线外护层烧毁的原因，认为热缩材料
受环境影响较大，容易造成全绝缘母线端部或中
间接头处受潮而造成绝缘薄弱。多点接地屏蔽层
环流较大，易使全绝缘母线屏蔽层发热严重而烧
毁全绝缘母线外护层。针对热缩材料和护层接地
问题提出了相应的改造措施，在全绝缘母线屏蔽
接地上采用中点接地；在母线头部和中间开口处
的绝缘采用冷缩材料处理，进而达到提高全绝缘
母线安全运行的效果。
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Analysis and Reform Measures of Fully Insulated about Busbar's
External Insulation Breakdown Problems
Zhang Dong，Zhou Libing
(State Grid Electric Power Research Institute of Xinjiang Electric Power Company，Urumqi 83001 1，China)
Abstract：Fully insulated busbar is a new bus，with large carrying capacity，small skin effect，and high mechani—
cal strength．But it is often found that the fully insulated outer sheath bus is burned but the main insulation is unaffected
in actual operation，SO the safe operation of the fully insulated bus is seriously affected．By analyzing the
fully insulated busbar structure，installation of on—site and the insulated handle situation of bus head and the intermediate
openings，it is found that it has a similar structure with fully insulated single—core cable bus．To use multi—
point grounding in the shield grounded，and thermal materials to process the head and intermediate openings of the
bus，the reasons of the outer sheath of fully insulated bus being burned are analyzed from the material．And the
corresponding transformation measures are adopted to achieve the effect of improving the safe operation of the bus
fully insulated，such as adopting midpoint grounding in the shield grounded，and using shrink insulation material
to handle the insulation of the head and the intermediate of the bus．
Keywords：fully insulated busbar；hot shrink；cold shrink；midpoint grounding
万方数据

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