管型母線的特點(diǎn)及其在變電站的應(yīng)用

陳志彬　袁志堅(jiān)　朱遂松

摘要：管型母線的出現(xiàn)引起了各國電力系統(tǒng)的重視，應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)展，但是我國管型母線在變電站中的實(shí)際應(yīng)用仍然存在一些問題。文章分析了管型母線的特點(diǎn)，介紹了變電站配電裝置的相關(guān)內(nèi)容，并對(duì)管型母線的選擇計(jì)算進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：管型母線；變電站；電力系統(tǒng)；輸變電系統(tǒng)；電力設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM645 文章編號(hào)：1009-2374（2017）03-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.016

作為我國輸變電系統(tǒng)及電力設(shè)備連接中的重要導(dǎo)體，管型母線的重要作用受到愈來愈多的關(guān)注與重視。管型母線的出現(xiàn)代替了傳統(tǒng)的矩形、棒性母線，是一種全新的導(dǎo)體，也是電力輸變系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)于維護(hù)輸電系統(tǒng)及電力設(shè)備的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。管型母線充分利用同軸電容的原理，通過仿真計(jì)算等手段，優(yōu)化各種參數(shù)，并采用特殊的制造工藝，生產(chǎn)出的全絕緣性母線連接系統(tǒng)?？傊?，管型母線被廣泛應(yīng)用于我國的變電站實(shí)踐過程中。下面筆者將對(duì)管型母線的特點(diǎn)、優(yōu)勢及其在變電站中的實(shí)際情況進(jìn)行探討。

1 變電站配電裝置特點(diǎn)概述

管型母線具有如下特點(diǎn)：管型母線是由絕緣母線、屏蔽筒、母線托架、固定金具、增爬器等組成的，采用螺錐式的連接方式，安全可靠，檢修也十分方便。與傳統(tǒng)的母線相比，管型母線的載流量較大，導(dǎo)體平面的電流分布相對(duì)均勻。管型母線的集膚效應(yīng)較低，功率損失的較小，電量的利用率較高。同時(shí)，管型母線的散熱條件較好，電氣性能好。絕緣材料的耐熱系數(shù)較高，產(chǎn)品的使用壽命平均在40年左右，抗震能力強(qiáng)，不容易受外界的干擾。總之，管型母線的優(yōu)勢是十分明顯的。

管型母線的應(yīng)用使得戶外配電裝置更為美觀，構(gòu)建也更為簡單，布置清晰，因此受到國內(nèi)外配電廠的青睞。就目前來說，戶外配電裝置主要有以下幾類：500kV配電裝置、220kV配電裝置以及110kV配電裝置等。在本文中，筆者將對(duì)220kV配電裝置進(jìn)行分析與探討。配電裝置多采用硬母線中型、半高型以及高型布置等，母線相間的距離可以等于最小相間距離2m的值，如果加鋁管，直徑可以再加大取整。但是，考慮到后期的母線維修，可以將母線相間距離設(shè)定為3m。母線布置的形式可以分為兩種：懸掛式布置和支持型布置。前者采用微型斜掛的形式，提高母線的抗震性能，絕緣子串的數(shù)量要增加一些。而后者的支架則相對(duì)簡單，在高度降低的情況下，水平受力就會(huì)相應(yīng)的減少。但是母線的抗震性不高，帶電作業(yè)的難度較大?？傊煌哪妇€布置形式作用不同，工作人員要根據(jù)實(shí)際情況加以

選擇。

2 管型母線的選擇計(jì)算

管型母線的選擇是一項(xiàng)相對(duì)復(fù)雜的任務(wù)，筆者將從母線的選材、強(qiáng)度與撓度、防止微風(fēng)震動(dòng)措施以及母線的維護(hù)方面對(duì)懸掛式管型母線的選擇計(jì)算進(jìn)行探討。

2.1 母線選材

過去，變電站母線多采用純鋁管材質(zhì)，但是純鋁管的強(qiáng)度較低，使用率不高。隨著技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前可以用作鋁管母線生產(chǎn)的合金有鋁錳合金和鋁鎂兩種，并且多采用冷拔工藝成型。

由上表中可以看出，鋁錳合金的導(dǎo)電率較高，而且容易焊接。因此，選用鋁錳合金管型母線是十分必

要的。

除此之外，目前選材過程中還要充分考慮導(dǎo)線載流量的因素。下面筆者將對(duì)各國導(dǎo)線載流量計(jì)算時(shí)所采取的參數(shù)進(jìn)行分析與探討。

上表中的環(huán)境溫度指的是空氣的濕度，一般指的是離地2m高且沒有陽光照射處的溫度。在計(jì)算鋁管母線的載流量時(shí)，應(yīng)該努力分析和探索環(huán)境溫度與鋁管母線之間的關(guān)系，明確什么情況下鋁管母線的消耗最低，由此確定最為合理的環(huán)境溫度。利用某一地區(qū)的極端最高溫來計(jì)算鋁管母線的載流量，可靠性較高，但是母線的截面也會(huì)增大。就我國來說，在夏季最熱月中有一大部分的時(shí)間最高氣溫的持續(xù)時(shí)間會(huì)達(dá)到7～8小時(shí)，這種氣溫下鋁管母線的壽命會(huì)大大縮短。在本次實(shí)踐過程中，筆者采用某一氣象站提供的十年間最熱月的最高平均氣溫37.6℃作為鋁管母線的載流量進(jìn)行計(jì)算。

2.2 母線的強(qiáng)度與撓度

在管母線的配電裝置中，管型母線除了要承擔(dān)必要的載流功能之外，還要承受一定的結(jié)構(gòu)支持受力，在多種情況的交織下母線結(jié)構(gòu)計(jì)算的難度會(huì)進(jìn)一步加大。一般來說，慣性母線的強(qiáng)度與撓度的計(jì)算主要包括以下三個(gè)方面的工作：第一，自動(dòng)頻率計(jì)算。母線自動(dòng)頻率的高低與母線短路點(diǎn)動(dòng)力的大小有著直接的關(guān)系，而自動(dòng)頻率則會(huì)受到跨距、材料剛度、支撐安裝形式等各方面因素的影響。管型母線的微風(fēng)振動(dòng)指的是當(dāng)穩(wěn)定的微風(fēng)垂直于母線水平吹來時(shí)，母線會(huì)發(fā)生上下交替振動(dòng)。工作人員先要測算母線的各階自振頻率，并校驗(yàn)微風(fēng)振動(dòng)的風(fēng)速，并根據(jù)地形特點(diǎn)分析是否可能會(huì)發(fā)生微風(fēng)振動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速小于6m/s，工作人員可以消除微風(fēng)振動(dòng)措施；第二，強(qiáng)度校驗(yàn)。要根據(jù)荷載組合的具體情況，先計(jì)算其內(nèi)應(yīng)力的大小，之后根據(jù)安全系數(shù)來校驗(yàn)強(qiáng)度。在計(jì)算荷載時(shí)，工作人員要按照荷載組合條件（正常情況、短路情況、地震情況）來計(jì)算個(gè)狀態(tài)下的導(dǎo)體水平及垂直彎距，從而進(jìn)行強(qiáng)度校驗(yàn)；第三，撓度計(jì)算。如果管型管線的撓度過大，會(huì)影響變電站配電裝置的美觀性，也會(huì)影響母線的結(jié)構(gòu)受力情況。

2.3 防止微風(fēng)振動(dòng)措施

微風(fēng)振動(dòng)會(huì)對(duì)管型母線的應(yīng)用產(chǎn)生一定的影響，因此在選擇管型母線的過程中，要防止出現(xiàn)微風(fēng)振動(dòng)的情況。第一，要在管內(nèi)加裝阻尼線；第二，加裝動(dòng)力消諧器；第三，采用長托架。要高度重視集中荷載的影響，保證阻尼效果。

2.4 母線的后期維護(hù)

第一，要注意維護(hù)管型母線的靈敏性，保證其能夠反映故障的能力；第二，要維護(hù)母線的速動(dòng)性。在發(fā)生故障之后，要確保動(dòng)作迅速，從而保證故障迅速切除，以免造成電力系統(tǒng)失穩(wěn)，這也是保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。同時(shí)要注意二次電流畸變情況，防止出現(xiàn)不利現(xiàn)象；第三，要注意維護(hù)母線的可靠性。如果母線保護(hù)如果動(dòng)作，就會(huì)跳開母線上的所有開關(guān)，母線保護(hù)的可靠性會(huì)受到影響，也會(huì)影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。要提高母線保護(hù)的可靠性、安全性，防止出現(xiàn)外部短路的情況。而母線的可信性是指母線在故障時(shí)要保證母線保護(hù)的可靠動(dòng)作，防止引動(dòng)。

對(duì)于母線的維護(hù)周期，主要參考以下四個(gè)方面：第一，對(duì)于使用時(shí)間在1～3年間的母線，要對(duì)其本體及相關(guān)物件進(jìn)行全面的清掃檢查，務(wù)必?cái)Q緊各個(gè)部位的螺絲；第二，要根據(jù)具體的情況，每隔五年或者十年對(duì)母線進(jìn)行A級(jí)檢修，在相應(yīng)位置涂抹凡士林；第三，對(duì)于那些灰塵較多的地方，要每年進(jìn)行徹底清掃；第四，對(duì)于那些有過熱痕跡傾向的母線，應(yīng)立即進(jìn)行停電檢修。

管型母線的檢修維護(hù)主要包括以下六個(gè)方面：第一，全面清掃母線及其相關(guān)的物件，保證母線表面清潔、光亮，確保所有絕緣件無松動(dòng)情況；第二，要保證母線光潔平整，不應(yīng)存在裂紋、變形、歪斜情況。在水平放置時(shí)，母線與其上部夾板應(yīng)該保持1～1.5mm的間隙；在豎向放置時(shí)，應(yīng)該保持1.5～2mm的間隙；第三，要保證母線油漆鮮亮，而接頭部分不得涂抹油漆；第四，要防止接頭部分接觸面發(fā)生氧化或者進(jìn)水；第五，要堅(jiān)持母線伸縮節(jié)與連接部分是否牢固，有無斷裂現(xiàn)象；第六，要檢查母線接頭有無過熱、融合等現(xiàn)象發(fā)生。檢修完畢之后，應(yīng)該將母線打掃干凈，并通知高壓試驗(yàn)人員進(jìn)行測試。

3 結(jié)語

總之，相比其他類型的母線來說，管型母線配電裝置的占地面積較少，無線電干擾較小。就國內(nèi)應(yīng)用的實(shí)際情況來看，管型母線配電裝置在華東地區(qū)的應(yīng)用起步時(shí)間較晚，與國外發(fā)達(dá)國家相比還有很大的差距。為了推動(dòng)這種管型母線的應(yīng)用，工作人員應(yīng)該進(jìn)行大量的調(diào)研工作，收集相關(guān)的材料，從而保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，使得管型母線的設(shè)計(jì)也能更為完善，應(yīng)用前景更為明朗。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉桂英，粟時(shí)平，謝海麗，等.廣義有源電力濾波器

指令電流檢測的廣義諧波理論法[J].電力系統(tǒng)及其自

動(dòng)化學(xué)報(bào)，2015，（11）.

[2] 劉敏，侯贊，王曉冀，等.10kV系統(tǒng)過電壓原理及抑

制措施[J].低碳世界，2016，（25）.

[3] 閔敏.電力設(shè)備高壓試驗(yàn)的分類與方法探討[J].低碳

世界，2016，（24）.

[4] 李佐勝，彭佳，董凱，等.基于斷路器線圈電流波形

的分合閘時(shí)間估算方法[J].高壓電器，2016，（9）.

[5] 王舶仲，魏娟，彭勱.LW15型斷路器打壓頻繁故障

的研究[J].電工技術(shù)，2015，（10）.

基金項(xiàng)目：廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局職工創(chuàng)新項(xiàng)目（GDZC-031920160040）。

作者簡介：陳志彬（1983-），男，廣東東莞人，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局變電檢修工（技師），研究方向：電力一次設(shè)備檢修技能。

（責(zé)任編輯：蔣建華）