20kV离相封闭母线支柱绝缘子放电问题分析

20kV离相封闭母线支柱绝缘子放电问题分析

陈熙平，李双全

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051）

摘要：针对某水电厂发生的多起离相封闭母线支柱绝缘子放电事件进行绝缘子绝缘分析、绝缘子分布电压分析，通过试验和现场均验证分析结果正确，找到了绝缘子放电的原因，针对该原因制定有针对性的临时整改措施，最后提出了彻底解决该问题的方法。

关键词：绝缘子；放电；验证

0引言

全连式离相封闭母线将带电的母线导体封闭在接地的金属外壳内,具有较好的防尘效果，并能有效避免相间短路；同时，由于金属外壳的磁屏蔽作用，能够很大程度减小相间电动力及母线周围钢结构的电能损耗，且全连式离相封闭母线具有运行安全、维护工作量小、安装方便等优点[1-2]。基于上述优势，目前600MW及以上大型水电站20kV母线多数采用全连式离相封闭母线。

某大型水电厂发电机出口母线采用全连式、自然冷却离相封闭母线（以下简称为IPB），其由外壳、导体、短路板、支柱绝缘子、伸缩节、热风保养系统、其他配套装置等组成。

1问题描述

2017年3月9日，该电厂#2主变低压侧A相封闭母线一支撑绝缘子底盖紧固螺栓有放电现象，更换绝缘子及其配件后恢复正常。

图1 #2机IPB绝缘子放电位置

2020年3月7日，该电厂#6发电机出口C相离相封闭母线第十四组下部支撑绝缘子（自发电机侧起）有轻微异音，经现场检查，该声音为支撑绝缘子内部悬浮电位放电声。更换绝缘子后恢复正常。

2原因分析

2.1支柱绝缘子绝缘分析

#2主变低压侧A相离相封闭母线有放电现象的支撑绝缘子拆卸后，对此支撑绝缘子进行绝缘电阻测试、交流耐压试验，绝缘电阻合格，交流耐压68kV 1分钟无闪络放电现象，试验均符合预防性试验规程规定。

对#6发电机出口C相离相封闭母线第十四组下部原有异音支撑绝缘子（自发电机侧起）拆除后检查外观无异常，拆除绝缘子进行电气试验。拆除绝缘子耐压前/耐压后绝缘值分别为：大于2630G值分别为：大于部，交流耐压无放电、闪络，试验合格。

根据#6机组GCB至发电机出口段母线绝缘电阻2015年至2019年统计，进行趋势分析，如图2所示，#6机组GCB至发电机出口段IPB绝缘良好。满足《DL/T596-2023电气设备预防性试验规程》中规定的要求：额定电压为15kV及以上全连式离相封闭母线在常温下分相绝缘电阻值不小于50M线。

图2 #6机组GCB至发电机出口段母线绝缘趋势

2.2支柱绝缘子的分布电压

支柱绝缘子结构图如图3所示，根据其结构特征，支柱绝缘子球冠形金具端连接导体，底座连外壳接地，底盖固定螺栓安装中可能与底盖间不连通，也可能连通。将不连通情况下的进行等效电路分析，如图4所示，其中C1为绝缘子与调整垫的等效电容，C2为调整垫与外壳（底盖）的等效电容，C3为碟形垫圈与外壳（底盖）的等效电容。

图3 支柱绝缘子结构图

图4 等效电路图

由电容基本公式C=εS/4πkd可知，由于相对面积差异，C3相对C2小很多，为进一步简化分析，将C3忽略。简化后的等效电路如图5所示。

图5简化后等效电路图

根据简化后的等效电路图，依据U1/U2=C2/C1可得，支柱绝缘子的电压分布与间隙成正比，同时与材料介电常数及正对面积有关。机组运行时，在底盖螺栓碟形垫圈将有电位产生，这个主要由C1、C2决定。

底盖螺栓与调整垫接触，在螺栓上也会有同一电位，由于螺栓碟形垫圈与底盖间有间隙，随着间隙越小（除直接接地外），也越容易产生放电。

2.3试验验证

对单体绝缘子进行组装，金具端接高压线，底盖端接地，模拟运行工况加压约11.54kV，在底盖螺栓将产生悬浮电位（可达30V），通过调整绝缘子胶珠、碟形垫圈及底座螺栓的位置，调整间隙至一定位置时出现“放电”现象，发现间隙（碟形垫片与底座之间距离）越小，“放电”越严重。在形成放电通道后，使用接地线将底座螺栓与地导通，“放电”现象消失。

2.4现场验证

现场对运行机组进行检测，发现除碟形垫圈直接接触底座为0V情况外，普遍对地电压均在25~30V，如图6所示。底座胶珠过度挤压会产生间隙，当间隙达到某一临界值就可能发生局部放电。这与2.2和2.3分析及验证结论相符。

图6 现场测量电压

3结论

（1）该水电厂#6机组IPB绝缘子放电问题与支柱绝缘子本体绝缘无关，根据历年IPB绝缘测试情况，#6机IPB绝缘良好。

（2）封母支柱绝缘子安装结构设计存在缺陷，导致IPB支柱绝缘子底盖螺栓在结构中能够构成悬浮电极。

（3）在IPB绝缘子底盖固定螺栓不和底盖导通时，IPB正常运行下螺栓与底盖间会产生悬浮电位，悬浮电位达到25~30V，当间隙达到某一临界值或由于胶圈老化性能下降将使底座固定螺栓碟形垫圈与外壳间形成放电通道，产生悬浮电位对外壳放电。

（4）单纯的底盖螺栓放电现象，属于悬浮电位放电，绝缘子本身性能无影响，不影响封闭母线的正常运行。

4预控措施及处理计划

4.1临时措施或已采取措施

（1）IPB每年结合Ｃ修开展绝缘测试。出现绝缘明显降低时，可编制专项方案进行检查。

（2）出现IPB支柱绝缘子底座螺栓放电情况时，可以使用临时接地进行处理，参考方式如7图所示，利用IPB外壳进行接地。

图7 IPB支柱绝缘子底座螺栓接地处理

4.2后续措施及计划

参考国内其他大型水电厂支柱绝缘子结构，考虑将胶珠直径减小安装于六角钢垫内侧，如图8所示，底盖螺栓和六角钢垫、弹垫配套使用，用于底盖和绝缘子间的连接固定。这种方式螺栓与底盖间连通，可有效防止此类悬浮放电。

图8 六角钢垫及胶珠结构

参考文献：

[1]杨家菊.乌东德右岸电站24kV离相封闭母线安装工艺[J].河南科技,2021,40(16): 42-46.

[2]王振羽,宋明钰,薄岩,等.丰满水电站全面治理工程中离相封闭母线设计[J].粘接,2020, 44(12):189-192

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