管型屏蔽絕緣母線的應用

關(guān) 芳，楊益民

（1.云南省水利水電勘測設計研究院，昆明 650021;2.云南省水利水電投資有限公司，昆明650233）

1 概述

隨著國民經(jīng)濟的快速、穩(wěn)步增長，城市建設和電力工業(yè)的飛速發(fā)展，企業(yè)、居民用電量呈直線上升，110kV、220kV變電站主變?nèi)萘康牟粩嗉哟?，出線電流變得越來越大；變壓器低壓出線側(cè)母線額定電流不斷增加 （超過3000A），主變?nèi)萘?、額定電流以及短路電流在系統(tǒng)的比重都增大，在以往工程中采用多片矩形常規(guī)母線已不適應工作在電流大的回路，而且矩形母線在技術(shù)和結(jié)構(gòu)上都越來越難滿足母線發(fā)熱和短路電動力的要求，對大容量變壓器不僅有母線本身電動力問題、發(fā)熱問題，以及由此引起附加損耗、集膚效應系數(shù)的增大，造成載流能力的下降、電流分布不均勻。還有母線橋支柱絕緣子、鋼構(gòu)架、母線橋附近鋼筋混凝土支柱鋼筋以及基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋在電磁場中感應渦流引起的發(fā)熱問題。一旦母線短路，敞露母線、支柱絕緣子、變壓器繞組都遭受損傷，影響變電站的安全運行、供電的可靠性。為了解決上述問題，采用管型屏蔽絕緣母線代替敞開式矩形母線、電纜母線及共箱母線提高母線材料的有效利用率，增強母線機械強度，防止人身觸及帶電母線及金屬物落到母線上產(chǎn)生相間短路等，并在實際工程中得到應用，獲得了較好的效果。為變電站、發(fā)電廠等10kV～35kV級的安全運行、提高供電可靠性、降低損耗起到了積極的作用。

2 管型屏蔽絕緣母線與常規(guī)母線的比較

2.1 載流量大

管型屏蔽絕緣銅管母線采用銅管或鋁合金管為主導體，管外表為圓形表面，表面積大，其導體表面電流密度分布均勻；而矩形母線有棱角，表面電荷容易聚集在棱角處，引起母線局部發(fā)熱，造成能源的浪費。另外，導體為空心管，溫升低于36K，單位截面載流量大于常規(guī)矩形母線。例如：銅管導體為Ф100×5，截面積是1491.5mm2，載流量可達到4000A，電流密度為 2.68A/mm2；銅管導體為 Φ120×10mm，截面積是3454mm2，載流量6000A，電流密度為1.74（A/mm2）。而載流4000A矩形母線，需選用3片125×10的銅排，電流密度為1.07A/mm2，溫升卻在70K左右。因此，管型屏蔽絕緣母線特別適合工作電流大的回路，節(jié)約電能。

2.2 集膚效應低、功率損失小

管型屏蔽母線的集膚效應系數(shù)低，Kf≦1，交流電阻小，因而母線的功率損失小，對周圍的導磁材料（金具、鋼構(gòu)架及支柱內(nèi)的鋼筋等）無電磁感應，基本不存在渦損。若采用多片矩形導體，隨著片數(shù)的增加，集膚效應系數(shù)不斷加大，單位截面的有效載流量下降，片與片之間電流分布不均勻，附加損耗加大，散熱條件差。

2.3 絕緣性能好、絕緣材料穩(wěn)定性高

管型屏蔽絕緣母線采用密封屏蔽絕緣方式，其絕緣結(jié)構(gòu)與電纜類似，外面有金屬屏蔽、密封、防水、外殼接地、電位為零，母線表面電場分布均勻，電氣絕緣性能強，避免了絕緣層表面產(chǎn)生局部放電，且不受其它相母線的電場和磁場的干擾，加上主絕緣材料有優(yōu)良的電氣性能和化學穩(wěn)定性、介質(zhì)損耗小、阻燃、低溫運行，可延長絕緣老化，提高使用壽命。

表1 管型屏蔽絕緣母線的絕緣水平

2.4 允許應力大、跨距大、機械強度高

銅管的應力為294MPa，抗拉強度為320MPa，是矩形銅排母線的4倍多，從而使管型屏蔽絕緣母線可承受的短路電流大，短路電動力遠遠大于矩形母線。在50kA短路電流的情況下，Φ100×5mm管型屏蔽絕緣母線跨距最大能達到9M，如果采用鋼架結(jié)構(gòu)支撐，其跨距更大，可直接進入高壓室與開關(guān)柜或電抗器連接，減少了常規(guī)母線所需的支柱絕緣子、母線金具、架設橋架支撐、穿墻套管及土建工程。同時母線采用鋼架結(jié)構(gòu)支撐，使母線具有較強的抗震動能力。

2.5 散熱好、溫升低

管型屏蔽絕緣母線為空心導體，母線兩端開有通風孔，內(nèi)徑風道能自然形成熱空氣對流，終端連接頭和中間接頭接觸電阻小、溫升低，散熱條件好。相比常規(guī)矩形母線及電纜是無法達到這一效果的。

2.6 抗電氣震動能力強

電壓10kV、額定電流4000A的銅管母線，可承受63kA （4s）短路電流沖擊。其可以直接將母線固定在鋼構(gòu)架上或混凝土支架上，取消穿墻套管和支柱絕緣子，具有較強的抗震動能力。其抗地震能力達到Ⅶ度，甚至更高。

2.7 不受環(huán)境干擾，可靠性高

管型屏蔽絕緣母線的每一相都是封閉屏蔽絕緣，內(nèi)部無凝露、防污穢（防污距離為≥800mm）產(chǎn)生，且消除了外界潮氣、灰塵以及外物所引起的接地和相間短路故障，運行具有高度的可靠性。相比之下，矩形母線暴露在環(huán)境中，容易受人、動物（如老鼠、蛇等）以及其他物體偶然接觸而發(fā)生接地和短路，不利于安全運行。

2.8 母線架構(gòu)簡明、布置清晰、安裝方便、占用空間小、適用范圍廣

管型屏蔽絕緣母線的結(jié)構(gòu)和電纜類似，其絕緣可靠，安全性高。可在戶內(nèi)或戶外安裝，架空、爬墻、地下電纜溝、電纜夾層、電纜隧道均可。而常規(guī)母線（矩形母線、共箱封閉母線）通常對環(huán)境要求比較高、空間要求比較大，所以在許多環(huán)境惡劣、空間狹小的地方，常規(guī)母線的使用受到很大的限制、甚至無法使用。而管型屏蔽絕緣母線，其無懼惡劣的環(huán)境、安裝占用的空間很小，相間距通常為300mm（10kV）,母線彎曲半徑小，不大于300mm，可靈活轉(zhuǎn)彎布局，母線構(gòu)架簡潔，走廊占用空間小，給布置及安裝帶來極大方便。尤其利于在狹小的空間內(nèi)布置，其適用范圍更廣，可靠性更強，檢修維護工作量小。

（1）管型屏蔽絕緣母線戶外架空在小于8m，可不做支撐，與穿墻套管連接或直接通過穿墻孔，進入室內(nèi)與開關(guān)柜連接。

表2 管型屏蔽絕緣母線與常規(guī)母線經(jīng)濟性能比較

（2）管型屏蔽絕緣母線可以直接鋪設在電纜溝內(nèi)，戶內(nèi)外均可。

（3）管型屏蔽絕緣母線在戶內(nèi)，可通過在屋頂上懸掛的支架來進線安裝布置。

（4）全屏蔽全絕緣管母線在電纜夾層內(nèi)布置，占用空間小，更加方便、安全、可靠。

（5）管型屏蔽絕緣母線鋪設在橋架上，不僅安全美觀，而且可以實現(xiàn)更大距離的跨距。

2.9 母線免于維護、壽命長、造價低

管型屏蔽絕緣母線的結(jié)構(gòu)和電纜類似，其絕緣可靠，安全性高。一次安裝成功，終生免維護，壽命最低可達30年。

通過以上的技術(shù)經(jīng)濟比較及安裝示意，新型管型屏蔽絕緣母線產(chǎn)品是一種抗污染環(huán)境，輸送電流大，運行更加安全可靠，維護量少的系列產(chǎn)品，可滿足電力發(fā)展的要求。

3 結(jié)束語

管型屏蔽絕緣母線在安裝中采用了一套新的安裝連接附件和方法，管型屏蔽絕緣母線采用進口絕緣材料，具有優(yōu)良的電學性能和熱老化性能，采用成套精密設備加工，使產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定。在設備安裝時應注意一下幾點：①管母線端部與設備的連接采用弧形金屬壓板，通過螺栓將軟銅帶緊固在母線的端部，此部位應連接緊密，使接觸電阻為零。②母線與母線的中間連接，采用開口銅套在母線上緊固，使接觸電阻為零，絕緣現(xiàn)場處理，應達到同等母線電壓等級的絕緣要求。③母線彎曲應在工廠完成，并應保證布置尺寸的準確性。④母線應盡量減少接頭，接頭處應避免在操作維護通道人員容易接觸到的地方，并考慮母線的伸縮位置。⑤安裝應保證管型屏蔽絕緣母線的屏蔽絕緣層完好，管母線兩端屏蔽層應可靠接地。

近年來，管型屏蔽絕緣母線產(chǎn)品在國內(nèi)已經(jīng)得到廣泛的推廣，具有電流越大越能體現(xiàn)出管型屏蔽絕緣母線優(yōu)越性，由于其架構(gòu)簡明、布置清晰、安裝方便、維護工作量少，并且可應用于高海拔地區(qū)。我省在110kV曼崗變電站采用的10kV，額定電流4000A，全戶內(nèi)型，管型屏蔽絕緣母線Φ100×5mm，由底層的變壓器室到樓上開關(guān)室，運行一年來，無安全問題發(fā)生，售后服務為零次，該產(chǎn)品因其高可靠性、經(jīng)濟性、安裝方便，抗污染，價格合理深受用戶的好評，獲得了較好的效果。為變電站的安全運行、提高供電可靠性、降低損耗起到了積極的作用。