绝缘管型母线的行业现状分析及关键技术展望

摘要：绝缘管型母线作为一种新型的低压侧电流输送设备，以其独特优势使其近年来的使用量迅猛增长，但该类设备应用中频繁发生的故障及其造成的不良后果严重制约了进一步推广。通过对绝缘管型母线生产厂家、应用方及相关文献的广泛调研，总结了该类设备行业现状、设备技术特点，分析了应用中出现的典型故障，归纳了该类设备生产、应用环节存在的共性问题，并据此展望解决上述问题所需开展研究的关键技术。绝缘管型母线的特性适用于各用电行业对低压侧电流输送大容量、高安全性和灵活性的需求;中国的该类设备的生产、应用和研究尚属起步阶段，运行中的常见故障暴露出行业对绝缘管型母线的设计、生产、安装、运行和全过程检测等方面均存在不足，必须从技术水平和管理制度上寻求优化产品和提高产品运行可靠性的方法。

关键词：绝缘管型母线 低压辅助设备 大容量载流 行业现状 故障分析 关键技术

引言

随着国民经济快速的增长，企业、居民用电量呈直线上升。各电压等级电力系统，大型光伏、风电、核能发电工程、大型楼宇供电以及石油、冶金等工业应用中的电能传输容量不断增大[1]。此外，由于小动物或其他异物接触、恶劣环境影响等造成的变压器低压侧短路故障频发[2]，引发人们对低压侧汇流载流设备安全性的关注。另外，发电厂电机出线、城市地下变电站及楼宇供电系统空间紧凑，对输电线路制约严重[3]。在这些背景条件下，在发电机出口侧、变电站内35 kV及以下侧以及楼宇供电系统使用的常规矩形母线、共箱封闭母线及电力电缆已无法适应对低压(6 kV~35 kV)载流装置大容量、绝缘化和紧凑化的需求。在此现状下，一种新型载流设备—绝缘管型母线(insulated tubular busbar)，得到了日益广泛的应用和发展[4]。

绝缘管型母线是导体为铜或铝质金属圆管外包绝缘的载流导线，绝缘外包有接地金属屏蔽层。目前常见电压等级为6~35 kV。相比传统的载流设备，具有载流量大[5]、安全、敷设方便、节省空间等突出优势。

据不完全统计，仅2014年全年，在国内各类变电站专项应用的绝缘管型母线年产值已超10亿元。然而，近年来，全国各行业使用的绝缘管型母线故障案例，见诸报道的就已遍及湖北、广东、新疆等近十个省份的数十座变电站，其中有些甚至是在投运后的一年质保期内连续发生多次故障[6-7]。

绝缘管型母线故障往往不仅会直接引发大面积停电，而且更会造成与其连接的变压器、开关柜等主设备严重受损[8]，对供电安全稳定性及可靠性造成的影响恶劣。此外，该类设备难有通用备品备件，恢复供电周期长。据了解，国内多次发生钢厂、变电站、工矿等用户因绝缘管型母线故障导致失电停运，有的甚至长达两个月之久，造成严重的经济损失和极为不良的社会影响。

为使该类设备更好地发挥其技术优势，必须从理论、技术、管理等方面提升该类设备质量及运行可靠性。本文介绍该种设备的行业发展现状和技术特征，归纳其技术优势和存在的问题，分析故障多发原因，总结共性问题，展望优化绝缘管型母线性能、提升其运行可靠性应进行的关键技术研究思路，供绝缘管型母线生产者、用户及相关研究者参考。

1 行业发展

绝缘管型母线(设备外观见图1)在中国的发展相对于国际上起步较晚，在产品设计、生产及安装工艺、质量检测、运行维护等全环节均与国际水平存在一定差距。

1.1 国际发展情况

国际上，绝缘管型母线的应用起步较早，已经发展超过30年，形成成熟的绝缘管型母线产品，主要以德国Preissinger有限公司的绝缘母线(ISOBUS)产品、瑞士雷兹互感器有限公司的SIS绝缘母线系统及德国MGC公司的环氧树脂浸渍纸绝缘(resin impregnated paper，RIP)管型母线产品等为代表。其中，德国MGC公司率先将干式套管内绝缘使用的环氧树脂浸渍纸绝缘及电容屏均匀场强技术引入母线，制成绝缘管型母线。另两家代表性公司及其他生产商的产品与之相比，都采用了相同的绝缘材料和固化工艺，只是在部分细节结构和加工工艺上有所差别。这些绝缘管型母线目前已广泛运用于英国、德国、西班牙、美国、加拿大等欧美主流国家的相关电力应用行业。产品在长期挂网运行中表现稳定、可靠，很好地发挥了其安全绝缘、载流能力强、排布紧凑节省空间且耐候性强等突出优势。这些产品的材料选取及应用、结构设计技术、制造工艺方案等都已基本成熟。

1.2 国内发展状况

绝缘管型母线在中国的应用起步较晚，自2004年至今，仅有十余年时间。但设备需求量稳步增长，应用领域向电网、发电、石油、化工等行业全面扩展。尤其是中国人口密度大，用电区域集中，一直存在大容量输送需求，使得35 kV及以下电压等级下，电流输送能力极强的绝缘管型母线有了极大的发展空间。

在此机遇下，中国的该类产品呈现出创新性的多种型式和多种种类共同发展的态势。按照行业公认的绝缘工艺类型和材料进行分类，目前主要有环氧树脂浸渍纸绝缘浇注式、聚酯薄膜或聚四氟乙烯绝缘带绕包式和聚乙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)或硅橡胶绝缘挤包式等3种绝缘型式下至少6种类别的产品，如表1所示。

三大种类产品各自结构和生产流程差异明显，各成一派。其中，浇注式产品在中国出现最早，采用的生产技术由欧洲厂家引进;后来，借鉴干式互感器、套管或中压单芯绝缘电缆和共箱母线的绝缘结构和生产技术，衍生出绕包式和挤包式2种类型的产品。

在以上大类别下，不同厂家在导体连接方式，中间连接处和端部的绝缘设计方面均有不同的型式结构。

2 设备关键技术特点及难点

绝缘管型母线虽然统一采用管状铜质或铝质导体，但绝缘型式各异。目前中国常见的绝缘管型母线分为浇注式、绕包式和挤包式。3种类型的管型母线具有各自显著的绝缘结构特征，且在绝缘性能、工艺难度等方面各有优势和难点。

2.1 浇注式绝缘管型母线

2.1.1 结构特征

浇注式绝缘管型母线本体绝缘主要采用绝缘、半导电(粘性)电工皱纹纸带缠绕，经环氧树脂真空浸渍，加温固化，形成一体化固体绝缘。

在端部可以很方便地将半导电带分层按一定尺寸缠绕主绝缘，形成类似套管中的电容屏结构，达到控制场强分布，减少场强集中的效果。

浇注式绝缘管型母线接头一般采用在导体连接外部外罩绝缘套筒的形式。套筒同样是具有电容屏结构的绝缘筒装结构，内屏与导体连接等电位，外屏为接地导体。两端与本体密封连接，如图2所示。