管形母線在鐵路牽引變電所的應(yīng)用

楊朝

摘? ?要：隨著鐵路電氣化的大力推廣，鐵路牽引變電所的載流能力需要進(jìn)一步被擴(kuò)充。而管型母線作為一種全新的載流導(dǎo)體，具有顯著的性能優(yōu)勢，逐步成為電力材料的主力，其發(fā)展前景廣闊。本文首先對母線的應(yīng)用做簡單概述，然后分析管型母線的一些應(yīng)用特點，最后基于管型母線在鐵路牽引變電所中的實際應(yīng)用，研究其應(yīng)用控制要點，希望能夠推動管型母線在各個電氣領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：管型母線? 鐵路牽引變電所? 應(yīng)用

近年來，我國對于新建高速鐵路、客運專線、重載鐵路、普速鐵路等均采用電力牽引，同時，也不斷加強(qiáng)對既有鐵路的電氣化建設(shè)，使得鐵路電氣化得到全面推進(jìn)。這就需要牽引變電所具有較高的載流能力來滿足使用需求。電氣化鐵路中變電所的主變?nèi)萘扛@著增加，出線電流隨之增加，變壓器低壓出線側(cè)母線額定電流也呈現(xiàn)上升趨勢，在這種情況下，常規(guī)的矩形母線已經(jīng)不能滿足電力動力需求，并且呈現(xiàn)出附加損耗增加，集膚效應(yīng)增加，電流分布不均勻等異?，F(xiàn)象，進(jìn)而影響變電所的安全性和穩(wěn)定性[1]。對此，采用管型母線來代替矩形母線，并在實際應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果。

1? 母線的應(yīng)用概況

母線作為變電所的主要載體，能夠有效傳輸、匯集和分配電能，主要采用銅、鋁等其他導(dǎo)電性較好的金屬合金材料而制成，并將其制作成不同形式的線材，如矩形、管型等。管型母線是一種常用的硬母線，具有固定的形態(tài)，在安裝運行中使用方便，性能優(yōu)異。近年來，導(dǎo)線材料加工技術(shù)和加工設(shè)備越來越先進(jìn)，管型母線等母線外層可以外敷一層絕緣表層，以提升母線線材的屏蔽絕緣性，使其能夠應(yīng)用到各種不同的使用環(huán)境中[2]。

2? 管型母線的應(yīng)用特點

2.1 載流量大

管型母線是以銅管或者鋁合金為主導(dǎo)體，其外表面呈圓形表面，大大增加了電纜的有效表面積，這樣不僅能夠增加母線的載流量，而且使得表面的電流分布比較均勻。矩形母線因為具有四個棱角，使得棱角處容易發(fā)生電荷聚集，造成局部發(fā)熱等現(xiàn)象。同時，管型母線一般是中空的，這在一定程度上使得溫升較低。例如，載流量均為4000A的管型母線和矩形母線，管型母線的截面積1491.5mm2，電路密度為2.68A/mm2，而矩形母線的電流密度僅為1.04A/mm2，溫升卻在70K左右。因此，管型母線不僅適用于工作電流較大的變電所，而且能夠有效降低電能消耗。

2.2 集膚效應(yīng)低，功率損失小

管型母線的結(jié)構(gòu)特點使得其集膚效應(yīng)系數(shù)較低，通常在1以下，因此在電路中所形成的交流電阻較小，進(jìn)而使得功率損失較小。這樣，管型母線雖然被應(yīng)用在金具、鋼結(jié)構(gòu)及支柱內(nèi)的鋼筋等導(dǎo)磁材料上，卻不會產(chǎn)生高強(qiáng)度的電磁反應(yīng)。

2.3 允許應(yīng)力大，跨距大，機(jī)械強(qiáng)度高

對于以銅管為主的管型母線，其允許應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度相對較大，這都是有利于提升管型母線承受短路電流能力的，再加上管型母線布置過程中主要以鋼架結(jié)構(gòu)作為支撐，顯著增加了管型母線的跨距，并具備較強(qiáng)的抗震動能力。根據(jù)相關(guān)實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計，銅管母線在額定電流為4000A，電壓為10kV的條件下，其所能夠承受的短路電流為63kA，因此，管型母線可以用來連接開關(guān)柜、電抗器等配件，并且能夠達(dá)到Ⅶ級的抗地震能力[3]。

2.4 散熱好，溫升低

管型母線的結(jié)構(gòu)特點是中間空心，兩端帶有必要的通風(fēng)孔，這種結(jié)構(gòu)有利于熱空氣在中空管道中形成對流，具有良好的散熱效果，使得溫升較低，不會出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。

2.5 不易受外界環(huán)境影響，可靠性較高

管型母線的每一相間均是封閉屏蔽絕緣。因此，管型母線在使用過程中不存在凝露、污穢等，而且能夠有效阻止外界潮氣、灰塵等污染物所引發(fā)的接地現(xiàn)象。管型母線的使用過程中不容易受到外界各種消極因素的影響，不易觸發(fā)各種故障問題，具有較強(qiáng)的可靠性。

2.6 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

管型母線的安裝環(huán)境比較廣泛，室內(nèi)或者室外安裝均可，同時對于安裝環(huán)境比較復(fù)雜的空間，如架空、爬墻、電纜夾層、電纜隧道等均可以采用管型母線。管型母線的絕緣性對布置間距要求較小，在空間布局上具有較強(qiáng)的靈活性，因此，安裝使用范圍較廣。

2.7 母線免于維護(hù)、壽命長、造價低

管型母線在標(biāo)準(zhǔn)安裝后，一經(jīng)安裝成功后，其使用壽命可以長達(dá)30年，而且不需要經(jīng)常維護(hù)，后續(xù)維護(hù)成本較低，具有一定的經(jīng)濟(jì)意義。

3? 管型母線在鐵路變電所安裝使用過程中的控制要點

管型母線在安裝過程中，通常采用弧形金屬壓板將管型母線與設(shè)備進(jìn)行連接，同時在母線的端部應(yīng)該緊固一段軟銅帶，來保障接觸電阻為零，需要注意的是軟銅帶必須確保連接緊密。而對于母線之間的連接，一般是將開口銅緊固連接在母線上來達(dá)到接觸電阻為零的效果。同等母線電壓等級的絕緣處理，需要按照管型母線的安裝使用標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到相應(yīng)的絕緣要求。母線安裝過程中不可避免的會設(shè)計到彎曲布局安裝，但需要根據(jù)實際安裝布置情況進(jìn)行嚴(yán)格加工，以保障母線布局上的準(zhǔn)確性。

此外，管型母線應(yīng)該盡可能的減少接頭，對于不可避免的留有接頭的位置需要做好位置的調(diào)整，盡量轉(zhuǎn)移到不會影響操作維護(hù)的地方，且不容易讓工作人員接觸到，以免發(fā)生觸碰造成意外。母線安裝過程中需要有效保障線材的伸縮位置，避免因為超過線材伸縮量的正常范圍而受到損壞。安裝過程中要注意保護(hù)管型母線外面的絕緣層，以免絕緣層受到損害，造成絕緣性能下降，并保證管型母線兩端能夠接地，有效提升管型母線安裝使用過程中的安全性能。

4? 管型母線在鐵路變電所中的應(yīng)用

舉例來說，某變電所需要進(jìn)行擴(kuò)能改造，在原有變電所結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上新增一條電氣化鐵路，這就需要增加鐵路的饋出端，并對主變壓器進(jìn)行擴(kuò)容。這樣，原有的27.5kV主導(dǎo)流回路輔助母線的載流能力，并不能滿足改建后的工作需求，因此，在綜合衡量后，將27.5kV室外軟導(dǎo)線型母線改為管型母線。

在電氣化鐵路牽引變電所改造過程中，受系統(tǒng)中110/220kV高壓進(jìn)線的限制，不同的導(dǎo)線選型直接關(guān)系到27.5kV牽引饋線出現(xiàn)需求、總平面圖布置需求、機(jī)械受力和運營維護(hù)管理等方面。在牽引變電所室外裝置導(dǎo)流回路中通常采用鋼芯鋁絞絲，結(jié)構(gòu)簡單，安裝方便，經(jīng)濟(jì)成本較低。牽引變電所室內(nèi)的高壓裝置則常采用矩形導(dǎo)體，這是因為矩形導(dǎo)體肌膚效應(yīng)系數(shù)小，在土建安裝方面具有較高的要求。但是，近年來，隨著管型母線的出現(xiàn)以及自身的巨大優(yōu)勢，被逐步應(yīng)用到牽引變電所的改造項目中。在該案例中，管型母線就以其自身的優(yōu)勢被用來直接連接高壓室，在滿足改造性能的同時又合理的利用了變電所的空間布局。根據(jù)牽引變電所的實際改造情況，主要采用非絕緣方式和全絕緣方式兩種改造方案。非絕緣方式改造方案中，將原有的軟導(dǎo)線更換為鋁鎂合金的管型母線，并保持原有的相間帶電距離。而全絕緣方式則將原有的橫向布置中的軟導(dǎo)線采用全絕緣管型母線來代替，同時由于母線的全絕緣性就可以有效減小相間帶電距離，使得空間布局得到優(yōu)化完善，提升空間的利用率。

5? 結(jié)語

綜上所述，管型母線具有載流量大、機(jī)械強(qiáng)度高等特點，受到各個行業(yè)的認(rèn)可和支持。將管型母線用在牽引變電所的擴(kuò)能改造項目中，能夠充分發(fā)揮慣性母線的優(yōu)勢，并且有利于提升變電所的運行效果，具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭小篤.管形母線在鐵路牽引變電所的應(yīng)用[J].電氣化鐵道，2016（3）：11-13.

[2] 余波，吳怡敏，陶俊培.特高壓換流站直流場管形母線選擇[J].四川電力技術(shù)，2009，32（2）：69-72.

[3] 張茜茹.淺析絕緣式銅質(zhì)管形母線在變電所中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2007（21）：287-288.