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【摘 要】 随着我国国民经济的高速发展，发电量、用电负荷的不断增长，对电力安全和设备都提出了新的要求。目前110kV和220kV变电站低压侧，均采用10kV、35kV电压等级，随着主变容量的不断增加，变压器低压侧（10kV、35kV）进线侧的额定电流也不断加大，常规的敞开式矩形截面铜板母线因电流分布不均匀，集肤效应系数大，发热损耗增加，动稳定性能难以满足短路电流要求，复合屏蔽绝缘铜管母线必然成为将来发展的趋势。因其具有许多优点，在实际工程中得到广泛应用，本文结合实际浅谈管型母线在我公司实际应用中的所出现的故障原因分析及防范措施。
【关键词】 管型母线;渗油;故障;措施;分析
引言：
近年来，管型绝缘母线产品在国内已经得到广泛的推广，产品被应用到电力、水利、冶金、石油、化工、煤矿、纺织、造纸等多个行业和领域。该产品因其高可靠性、经济性、方便性深受用户的欢迎。
管型绝缘母线，实质就是利用铜管、铝合金管作为导体、外敷绝缘的一种母线产品。复合屏蔽管型绝缘母线的绝缘结构既具有电缆的特点，同时又具有槽型母线载流量大的特点，因而其使用范围非常广泛，不仅可以在户内、外架空铺设，同时也可以应用于电缆沟、电缆隧道、电缆夹层、风电塔楼等场合。在国外同类母线产品又被称之为“管型电缆”。
常规矩形截面母线在技术上和结构上越来越难满足母线发热和短路电动力的要求，由此引起附加损耗、集肤效应系数的增大，造成截流能力的下降、电流分布不均匀。特别是单台主变容量为180MVA及以上时，主变10kV、35kV出线侧不仅有母线桥本身的电动力问题、发热问题，还有母线桥支柱绝缘子、钢构架以及母线桥附近混凝上柱、基础内的钢筋在电磁场中感应涡流引起的发热问题。因此管形母线逐渐作为了矩形截面母线的替代品。
1 管型母线的优点
载流量大
铜管母线为空心导体，截面大，导体表面电流密度分布均匀，因此，铜（铝）管母线特别适合工作电流大的回路。
电气绝缘性能好
管形母线采用密封屏蔽绝缘方式，外壳接地电位为零，由于电气屏蔽具有：（a）使电场分布均匀，（b）控制电位和限制电场，（c）避免在绝缘表面产生局部放电，（d）传导泄露电流和充电电流，（e）对危险的接触电压进行防护等特性，故这种屏蔽绝缘电缆形导电管母线电场分布均匀，电气绝缘性能强。可以直接通过电缆沟和电缆夹层;可减少相间和相地距离，可防止人身触及带电母线及小动物、金属物落到母线上产生相间短路。
机械强度高
管形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8米。
散热好、温升低
管形母线为空心导体，母线两端开有通风孔，内径风道能自然形成热空气对流，散热条件好相比常规母线要好。
损耗低
管形母线的外形决定了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。交联屏蔽绝缘母线的绝缘层的介质损耗低于0.01%。
绝缘材料耐热系数高
交联屏蔽绝缘管形母线的主绝缘材料为聚四氟乙烯，有优良的电气性能和化学稳定性，可在-200℃～+200℃中正常工作，介质损耗小、阻燃、耐老化、配合其他绝缘材料，产品的使用寿命≧30年。
抗电气震动能力强
动稳定试验结果表面，电压10kV、额定电流4000A的铜质管母，可承受63kA（4s）短路电流冲击。其可以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。
不受环境干扰，可靠性高
管形母线的每相是封闭屏蔽绝缘，内部无凝露产生，且消除了外界潮气，灰尘以及外物所引起的接地和相间短路故障，运行具有高度的可靠性。
母线架构简明、布置清晰、安装方便、维护工作量少。
管型母线结构和电缆类似，绝缘可靠，安全性高，产品一次安装成功，终身免维护。
2 管型母线故障
某220kV变电站巡视人员发现1号主变35kV侧出线管母端部多处出现渗油现象。1号主变35kV侧出线管母采用全绝缘型母线外加支持绝缘子固定方式，即双重绝缘保护，管母型号为：FPTM-35kV/2500A。经持续多天观察（8月1日至8月10日）渗油现象未有减轻迹象，1号主变负荷（额定负荷：180MVA时间为8月1日至8月10日）范围为：81MVA-124MVA，持续对管母测温无发热现象，当地天气为总体为持续晴朗，温度范围为（8月1日至8月10日）：19-38摄氏度。
图1 现场渗油点照片
图2 现场渗油点照片
3 故障原因分析
此220kV变电站1号主变35kV侧出线管母采用的结构形式如下图3。
图3
从图可知结构从里至外分别为：
1.导电体，即紫铜管;
2.复合主绝缘层，材质为聚四氟乙烯;
3.导电接地屏，材质为铜带;
4.绝缘护套
复合屏蔽绝缘层材料目前主要采用聚四氟乙烯，在恒温恒湿无尘的条件下，直接复合在导体上，内设分压电容，如图4并在复合屏蔽绝缘层外设置全长的接地屏，沿母线全长、在绝缘层表面热缩密封护套管。绝缘层之间用硅油做为填充物，起排除空气、防止潮气进入的作用。
图4 分压电容示意图
管母所渗油经确认为绝缘层之间填充硅油渗漏所致。
分析：从管型母线结构图，图3可知聚四氟乙烯组成的复合主绝缘层在绝缘上起着至关重要的作用。聚四氟乙烯（Poly tetra fluoroeth ene，英文简称PTFE）在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。其优点为： 耐高温——使用工作温度达250℃。
耐低温——具有良好的机械韧性;即使温度下降到-196℃，也可保持5%的伸长率。
耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。
耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。
高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。
不粘附——是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。
无毒害——具有生理惰性，作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。
虽然聚四氟乙烯具有以上很多优点，但仍有其不足之处，首先聚四氟乙烯具有“冷流性”。即材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形（蠕变），这给它的应用带来一定的限制;其次聚四氟乙烯具有突出的不粘性，这种性能使它与其他物件的表面粘合极为困难;再有聚四氟乙烯的线膨胀系数为钢的10～20倍，比多数塑料大，其线膨胀系数随着温度的变化而发生很不规律的变化。在应用聚四氟乙烯时，如果对这方面性能注意不够，很容易造成损失。因此聚四氟乙烯本身材料性质的局限性是这次事故的原因之一。
此220kV变电站地处新疆南疆塔克拉玛干沙漠边缘，夏季气温较高，因此站于2011年12月份投运，故对2012年和2013年7月和8月天气情况进行了统计。
图5 2013年7月份气温走势
通过图5统计可知发现渗油前十天，即2013年7月20日至31日，最高气温发生在7月31日，温度为38度，最大温差发生在7月27日、7月30日、7月31日，最大温差为19度。
图6 2013年8月份气温走势
通过图6统计可知发现渗油后十天，即2013年8月1日至10日，最高气温发生在8月1日，温度为38度，最大温差发生在8月1日，最大温差为18度。
图7 2012年7月份气温走势
通过图7统计可知上年（2012年）7月份，即2012年7月20日至31日，最高气温发生在7月30日和7月31日，温度为35度，最大温差发生在7月30日，最大温差为17度。
图8 2012年8月份气温走势
通过图表2统计可知上年（2012年）8月份，即2012年8月1日至10日，最高气温发生在8月9日，温度为34度，最大温差发生在8月9日，最大温差为19度。
表1
表2
通过对2012年和2013年天气温度数据统计，从表1可知，同期7月份最高气温2013年比2012年高3度，最低气温同为14度，最大温差差值2013年比2012年多2度，且最大温差天数有3天。从表2可知，同期8月份最高气温2013年比2012年高4度，最低气温2013年比2012年高5度，最大温差差值2013年比2012年低1度。
综上所知，同期最高温度2013年比2012年最高高5度，最高温度达38度（同时也是全年最高温度），且最大温差2013年比2012年多2度，最大温差达19度，渗油情况即发生在最高环境温度时期，同时也是最大温差时期（7月31日最大温差19度、8月1日最大温差18度）。环境温度所引起的热胀冷缩效应将用于绝缘层之间填充物硅油挤出，加之绝缘材料本身性质局限和施工工艺问题是这次管母渗油事故的主要原因。
4 处理方法
1、将1号主变转为检修状态进行停电处理。
2、将原管母端部（中间接头9个、终端头6个）绝缘护套管割开，清理、除去原有缺陷的隔油胶。
3、采用抗温差能力更强的新型隔油胶进行更换，使其能够满足实际环境要求。
4、采用新工艺进行多层热缩绝缘护套交替热缩隔油处理，以期达到“双保险”。
4、在重新热缩绝缘护套后再在接头两侧加装均压伞裙，以期防止“爬电”、“阻隔”现象。
5、清洗管母，并恢复电气联接。
图9 割开绝缘护套
图10 进行清理
图11 绝缘护套安装
图12 处理后的管母
5 防范措施
5.1要求生产厂家在厂内严格控制绝缘管母的生产工艺，特别是管母端部密封绝缘处理及关键部位的密封材料选择，要满足现场实际温差变化大、爬电部分安全距离、密封和清洁的要求，不得有杂质、颗粒气泡等，具备防水措施。
5.2现场施工应满足环境要求，各段母线端部对接及端部电气连接部分的密封绝缘处理，应满足工艺要求，特别是密封防水性能达到要求，且每段母线端部均应热缩防雨伞裙绝缘护套。
5.3要求设计单位深度了解此类管型母线，并且了解当地气候条件，应提出统一规范的工艺设计具体要求，使所选材料适应当地气候环境还应尽量减少终端头数量。
5.4全绝缘管型母线的相关交接试验项目必须齐全，验收单位加强此类母线验收工作，加强对相关人员的理论知识培训，严把质量关口。
5.5在现场安装施工中，各段管母对接处要求必须采用中间接头制作工艺，不得按照终端头对待施工。
5.6对设备运维单位日常运维工作的启示
5.6.1因其免维护性，在日常运维工作中此类设备易成工作检查的薄弱环节，应将其纳入日常巡视检查项目中，并且制定详细的检查规范。例如：检查管母表面是否存在变色、起皮、粘合开裂、渗油等异常现象。
5.6.2利用带电检测手段（红外成像仪），检测绝缘管母是否存在局部发热以及异常放电等现象，特别是母线中间T接中间头和末端终端头部位。
5.6.3在异常天气条件时进行特殊巡视，特别是在高温、低温、沙尘、雨后等，必要时可进行夜间巡视。
5.6.4作为运维人员要了解绝缘管型母线结构和原理，不断加深自己的理论知识，正确判别管母故障。
6 结论
本文研究了在管型绝缘母线在实际运行所遇到的问题，做了相关原因分析、及相关防范措施。
（1）结论1：必须要重视管型绝缘母线安装施工工艺，特别是绝缘密封处理。
（2）结论2：对管型母线绝缘材料的选择要严格把关，充分了解材料优劣性能和当地的气候条件。
（3）结论3：重视对管型母线日常运维管理工作，通过技术手段，提前发现及早预防。
参考文献：
[1]《聚四氟乙烯微孔膜及纤维》化学工业出版社.作者：郝新敏.印刷时间：2011
[2]《电力设备状态监测新技术应用案例精选》王风雷等.中国电力出版社，2009
[3]《变电运行现场技术问答》第三版.张全元.中国电力出版社，2013
【关键词】 管型母线;渗油;故障;措施;分析
引言：
近年来，管型绝缘母线产品在国内已经得到广泛的推广，产品被应用到电力、水利、冶金、石油、化工、煤矿、纺织、造纸等多个行业和领域。该产品因其高可靠性、经济性、方便性深受用户的欢迎。
管型绝缘母线，实质就是利用铜管、铝合金管作为导体、外敷绝缘的一种母线产品。复合屏蔽管型绝缘母线的绝缘结构既具有电缆的特点，同时又具有槽型母线载流量大的特点，因而其使用范围非常广泛，不仅可以在户内、外架空铺设，同时也可以应用于电缆沟、电缆隧道、电缆夹层、风电塔楼等场合。在国外同类母线产品又被称之为“管型电缆”。
常规矩形截面母线在技术上和结构上越来越难满足母线发热和短路电动力的要求，由此引起附加损耗、集肤效应系数的增大，造成截流能力的下降、电流分布不均匀。特别是单台主变容量为180MVA及以上时，主变10kV、35kV出线侧不仅有母线桥本身的电动力问题、发热问题，还有母线桥支柱绝缘子、钢构架以及母线桥附近混凝上柱、基础内的钢筋在电磁场中感应涡流引起的发热问题。因此管形母线逐渐作为了矩形截面母线的替代品。
1 管型母线的优点
载流量大
铜管母线为空心导体，截面大，导体表面电流密度分布均匀，因此，铜（铝）管母线特别适合工作电流大的回路。
电气绝缘性能好
管形母线采用密封屏蔽绝缘方式，外壳接地电位为零，由于电气屏蔽具有：（a）使电场分布均匀，（b）控制电位和限制电场，（c）避免在绝缘表面产生局部放电，（d）传导泄露电流和充电电流，（e）对危险的接触电压进行防护等特性，故这种屏蔽绝缘电缆形导电管母线电场分布均匀，电气绝缘性能强。可以直接通过电缆沟和电缆夹层;可减少相间和相地距离，可防止人身触及带电母线及小动物、金属物落到母线上产生相间短路。
机械强度高
管形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8米。
散热好、温升低
管形母线为空心导体，母线两端开有通风孔，内径风道能自然形成热空气对流，散热条件好相比常规母线要好。
损耗低
管形母线的外形决定了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。交联屏蔽绝缘母线的绝缘层的介质损耗低于0.01%。
绝缘材料耐热系数高
交联屏蔽绝缘管形母线的主绝缘材料为聚四氟乙烯，有优良的电气性能和化学稳定性，可在-200℃～+200℃中正常工作，介质损耗小、阻燃、耐老化、配合其他绝缘材料，产品的使用寿命≧30年。
抗电气震动能力强
动稳定试验结果表面，电压10kV、额定电流4000A的铜质管母，可承受63kA（4s）短路电流冲击。其可以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。
不受环境干扰，可靠性高
管形母线的每相是封闭屏蔽绝缘，内部无凝露产生，且消除了外界潮气，灰尘以及外物所引起的接地和相间短路故障，运行具有高度的可靠性。
母线架构简明、布置清晰、安装方便、维护工作量少。
管型母线结构和电缆类似，绝缘可靠，安全性高，产品一次安装成功，终身免维护。
2 管型母线故障
某220kV变电站巡视人员发现1号主变35kV侧出线管母端部多处出现渗油现象。1号主变35kV侧出线管母采用全绝缘型母线外加支持绝缘子固定方式，即双重绝缘保护，管母型号为：FPTM-35kV/2500A。经持续多天观察（8月1日至8月10日）渗油现象未有减轻迹象，1号主变负荷（额定负荷：180MVA时间为8月1日至8月10日）范围为：81MVA-124MVA，持续对管母测温无发热现象，当地天气为总体为持续晴朗，温度范围为（8月1日至8月10日）：19-38摄氏度。
图1 现场渗油点照片
图2 现场渗油点照片
3 故障原因分析
此220kV变电站1号主变35kV侧出线管母采用的结构形式如下图3。
图3
从图可知结构从里至外分别为：
1.导电体，即紫铜管;
2.复合主绝缘层，材质为聚四氟乙烯;
3.导电接地屏，材质为铜带;
4.绝缘护套
复合屏蔽绝缘层材料目前主要采用聚四氟乙烯，在恒温恒湿无尘的条件下，直接复合在导体上，内设分压电容，如图4并在复合屏蔽绝缘层外设置全长的接地屏，沿母线全长、在绝缘层表面热缩密封护套管。绝缘层之间用硅油做为填充物，起排除空气、防止潮气进入的作用。
图4 分压电容示意图
管母所渗油经确认为绝缘层之间填充硅油渗漏所致。
分析：从管型母线结构图，图3可知聚四氟乙烯组成的复合主绝缘层在绝缘上起着至关重要的作用。聚四氟乙烯（Poly tetra fluoroeth ene，英文简称PTFE）在较宽频率范围内的介电常数和介电损耗都很低，而且击穿电压、体积电阻率和耐电弧性都较高。其优点为： 耐高温——使用工作温度达250℃。
耐低温——具有良好的机械韧性;即使温度下降到-196℃，也可保持5%的伸长率。
耐腐蚀——对大多数化学药品和溶剂，表现出惰性、能耐强酸强碱、水和各种有机溶剂。
耐气候——有塑料中最佳的老化寿命。
高润滑——是固体材料中摩擦系数最低者。
不粘附——是固体材料中最小的表面张力，不粘附任何物质。
无毒害——具有生理惰性，作为人工血管和脏器长期植入体内无不良反应。
虽然聚四氟乙烯具有以上很多优点，但仍有其不足之处，首先聚四氟乙烯具有“冷流性”。即材料制品在长时间连续载荷作用下发生的塑性变形（蠕变），这给它的应用带来一定的限制;其次聚四氟乙烯具有突出的不粘性，这种性能使它与其他物件的表面粘合极为困难;再有聚四氟乙烯的线膨胀系数为钢的10～20倍，比多数塑料大，其线膨胀系数随着温度的变化而发生很不规律的变化。在应用聚四氟乙烯时，如果对这方面性能注意不够，很容易造成损失。因此聚四氟乙烯本身材料性质的局限性是这次事故的原因之一。
此220kV变电站地处新疆南疆塔克拉玛干沙漠边缘，夏季气温较高，因此站于2011年12月份投运，故对2012年和2013年7月和8月天气情况进行了统计。
图5 2013年7月份气温走势
通过图5统计可知发现渗油前十天，即2013年7月20日至31日，最高气温发生在7月31日，温度为38度，最大温差发生在7月27日、7月30日、7月31日，最大温差为19度。
图6 2013年8月份气温走势
通过图6统计可知发现渗油后十天，即2013年8月1日至10日，最高气温发生在8月1日，温度为38度，最大温差发生在8月1日，最大温差为18度。
图7 2012年7月份气温走势
通过图7统计可知上年（2012年）7月份，即2012年7月20日至31日，最高气温发生在7月30日和7月31日，温度为35度，最大温差发生在7月30日，最大温差为17度。
图8 2012年8月份气温走势
通过图表2统计可知上年（2012年）8月份，即2012年8月1日至10日，最高气温发生在8月9日，温度为34度，最大温差发生在8月9日，最大温差为19度。
表1
表2
通过对2012年和2013年天气温度数据统计，从表1可知，同期7月份最高气温2013年比2012年高3度，最低气温同为14度，最大温差差值2013年比2012年多2度，且最大温差天数有3天。从表2可知，同期8月份最高气温2013年比2012年高4度，最低气温2013年比2012年高5度，最大温差差值2013年比2012年低1度。
综上所知，同期最高温度2013年比2012年最高高5度，最高温度达38度（同时也是全年最高温度），且最大温差2013年比2012年多2度，最大温差达19度，渗油情况即发生在最高环境温度时期，同时也是最大温差时期（7月31日最大温差19度、8月1日最大温差18度）。环境温度所引起的热胀冷缩效应将用于绝缘层之间填充物硅油挤出，加之绝缘材料本身性质局限和施工工艺问题是这次管母渗油事故的主要原因。
4 处理方法
1、将1号主变转为检修状态进行停电处理。
2、将原管母端部（中间接头9个、终端头6个）绝缘护套管割开，清理、除去原有缺陷的隔油胶。
3、采用抗温差能力更强的新型隔油胶进行更换，使其能够满足实际环境要求。
4、采用新工艺进行多层热缩绝缘护套交替热缩隔油处理，以期达到“双保险”。
4、在重新热缩绝缘护套后再在接头两侧加装均压伞裙，以期防止“爬电”、“阻隔”现象。
5、清洗管母，并恢复电气联接。
图9 割开绝缘护套
图10 进行清理
图11 绝缘护套安装
图12 处理后的管母
5 防范措施
5.1要求生产厂家在厂内严格控制绝缘管母的生产工艺，特别是管母端部密封绝缘处理及关键部位的密封材料选择，要满足现场实际温差变化大、爬电部分安全距离、密封和清洁的要求，不得有杂质、颗粒气泡等，具备防水措施。
5.2现场施工应满足环境要求，各段母线端部对接及端部电气连接部分的密封绝缘处理，应满足工艺要求，特别是密封防水性能达到要求，且每段母线端部均应热缩防雨伞裙绝缘护套。
5.3要求设计单位深度了解此类管型母线，并且了解当地气候条件，应提出统一规范的工艺设计具体要求，使所选材料适应当地气候环境还应尽量减少终端头数量。
5.4全绝缘管型母线的相关交接试验项目必须齐全，验收单位加强此类母线验收工作，加强对相关人员的理论知识培训，严把质量关口。
5.5在现场安装施工中，各段管母对接处要求必须采用中间接头制作工艺，不得按照终端头对待施工。
5.6对设备运维单位日常运维工作的启示
5.6.1因其免维护性，在日常运维工作中此类设备易成工作检查的薄弱环节，应将其纳入日常巡视检查项目中，并且制定详细的检查规范。例如：检查管母表面是否存在变色、起皮、粘合开裂、渗油等异常现象。
5.6.2利用带电检测手段（红外成像仪），检测绝缘管母是否存在局部发热以及异常放电等现象，特别是母线中间T接中间头和末端终端头部位。
5.6.3在异常天气条件时进行特殊巡视，特别是在高温、低温、沙尘、雨后等，必要时可进行夜间巡视。
5.6.4作为运维人员要了解绝缘管型母线结构和原理，不断加深自己的理论知识，正确判别管母故障。
6 结论
本文研究了在管型绝缘母线在实际运行所遇到的问题，做了相关原因分析、及相关防范措施。
（1）结论1：必须要重视管型绝缘母线安装施工工艺，特别是绝缘密封处理。
（2）结论2：对管型母线绝缘材料的选择要严格把关，充分了解材料优劣性能和当地的气候条件。
（3）结论3：重视对管型母线日常运维管理工作，通过技术手段，提前发现及早预防。
参考文献：
[1]《聚四氟乙烯微孔膜及纤维》化学工业出版社.作者：郝新敏.印刷时间：2011
[2]《电力设备状态监测新技术应用案例精选》王风雷等.中国电力出版社，2009
[3]《变电运行现场技术问答》第三版.张全元.中国电力出版社，2013