試論全絕緣屏蔽銅管母線在變電站中的應用

劉錦江，支 峰

(1.臨汾供電分公司，山西 臨汾 041000;2.山西晉緣電力化學清洗中心有限公司，山西 太原 030006)

0 前言

隨著我國經濟的快速發展，電力需求越來越大，變電站主變容量也越來越大，10kV低壓側電流＞2 500A的情況已極為常見。在變電站內選擇安全可靠、綜合效益高、載流量大的設備成為變電站設計和運行單位必須考慮的內容之一。

全絕緣屏蔽銅管母線是近年來出現的替代傳統矩形母線的新型產品，定西供電公司分別在2009年110kV岷縣變改造工程，2010年臨洮三易水泥廠110kV變電站工程(新建，客戶工程)，2011年110kV新添變改造工程中使用了該產品，通過實際運行檢驗證明全絕緣屏蔽銅管母線結構簡潔，電氣性能優異，運行安全可靠，減少了運行單位的維護工作量，綜合效益比較顯著。

1 全絕緣屏蔽銅管母線的結構

全絕緣屏蔽銅管母線導體采用優質無氧銅管，阻抗小，表面積大，其內外表面電流密度分布均勻。在一般設計中，可以按照2.0A的載流密度來選取合適的銅管直徑。

其外絕緣采用多層電容屏蔽絕緣結構。主絕緣層材料采用優質聚四氟乙烯定向膜，該材料介損小，阻燃抗老化，電氣性能優異，理論工作溫度為－250～+250℃，而在實際運行中工作溫度一般為－40～+60℃，使用壽命≥40年。

主絕緣層按照電壓等級和當地海拔修正系數在中間設置3～8層鋁膜作為電容屏蔽，使得泄漏電流逐級衰減，最外層達到0電位。

兩層半導絕緣層介于銅管與主絕緣層、主絕緣層與接地屏蔽層之間，可以均衡電場，消除局部放電。

接地屏蔽層采用優質無氧銅帶制作，用銅絲預絞編織帶引出，并與站內接地網可靠連接。

最外層采用優質黑色絕緣護套作為保護層，機械強度較高，防紫外線老化，耐化學腐蝕，使用壽命≥20年。

2 全絕緣屏蔽銅管母線的技術優勢

2.1 載流量大，溫升低

全絕緣屏蔽銅管母線采用優質空心銅管作為導體，表面積大，內外表面電場分布均勻。在母線施工過程中，對于母線兩端不做封堵，母線的內徑風道能自然形成空氣對流。在型式試驗中，RQPTGM－12/5000A型號母線在額定電流條件下，溫升只有38.5℃，在對定西臨洮三易水泥廠RQPTGM－12/2000A型號母線的實測中，在環境溫度9.8℃的條件下，測得母線溫度為17.9℃，溫升僅為8.1℃。

2.2 集膚效應低，功率損失較小

全絕緣屏蔽銅管母線的集膚效應系數KF≤1，交流電阻很小，可有效降低母線的功率損耗。傳統的矩形母線在載流量≥2500A時，一般采用多片結構方式，隨著導體片數的增加，集膚效應也會加大，導致載流量呈非線性的下降，片與片之間的電場分布不均勻，附加損耗會加大。當矩形母線的邊角工藝處理不好時還易引起尖端放電。

2.3 允許應力大，機械強度高

銅管母線的允許應力為矩形母線的4倍，運行載荷可承受的短路電流大，機械強度高，使得母線的跨距加大，減少了相應的立柱支撐、母線金具以及土建構架基礎的面積。在型式試驗中，RQPTGM－12/5000A型號母線在熱穩定值10037，通電時間4.01s條件下，絕緣層無損傷，接地連接導體未發生熔焊，接地回路連續性無破壞，整段試驗母線未觀察到變形。在實際應用設計中，可根據現場情況和載流量選取4～6m的跨距，最大跨距可做到8m。

2.4 絕緣性能好，不受環境干擾，可靠性高

全絕緣屏蔽銅管母線通體為屏蔽密封結構，這種工藝可以有效隔絕外界潮氣對絕緣層的入侵，內部無凝露產生，可有效避免灰塵或者可導電外來物體引起的接地、相間短路等故障，所以運行具有高度的可靠性。戶外矩形母線近年來雖普遍采取了外層熱縮護套加強絕緣的工藝，但是因為單層護套絕緣強度偏低，或者護套長期暴露在環境中的自然老化，不明原因的跳閘等故障也時見發生。

2.5 結構簡潔，布置明晰，抗電器震動力強，有效降低噪聲

全絕緣屏蔽銅管母線可使用管母線專用固定金具直接固定在鋼制托架或者混凝土構架上，取消了穿墻套管(戶外進戶內)和支持絕緣子，這種布置方式機械強度更高，抗震能力更好。

戶內穿墻套管和進線柜之間，兩端開關柜之間母聯通常采用封閉母線橋的連接方式，由于電動力原因以及封閉母線橋的殼體共鳴對噪聲的放大作用，使得這種結構方式在電流負載較大時產生很大噪聲，而全絕緣屏蔽銅管母線因為其外絕緣為柔性材料，在投運之后對于50Hz的低頻率震動諧振極低，無共鳴現象，這對于大負載變電站降低噪聲污染具有積極意義。山東兗州太陽紙業集團110kV變電站母線改造之后，噪聲下降30分貝以上，降噪效果明顯。

3 在變電站內使用全絕緣銅管母線的現實意義

目前國家“智能電網”的建設目標對變電站的安全可靠運行提出了更高的要求，同時，國家電網對土地這種珍貴的不可再生資源也有了進一步的認識，在變電站規劃設計中明確給出了占地面積指標。這樣的背景形勢下，在變電設計時選用全絕緣屏蔽銅管母線具有如下意義。

3.1 減少安全隱患，提高變電站運行可靠性

全絕緣屏蔽銅管母線外絕緣強度高，可有效預防低壓側母線污閃。在使用矩形母線的時候，站內防污閃的措施主要是將瓷支柱絕緣子更換為合成支柱絕緣子，或者是在瓷支柱絕緣子上面涂刷RTV或PRTV涂料。

上述兩種防污閃的方法都有一定的效果，但是也都有其局限性。硅橡膠合成絕緣子的傘裙具有良好的憎水性和憎水性的遷移性，所以具有良好的防污閃性能，但是，國內目前各生產企業之間的質量差異也比較大，質量優良的合成絕緣子使用壽命可達15年左右，質量差的合成絕緣子甚至3～5年就出現傘裙表面龜裂老化，失去憎水性。

其次，合成支柱絕緣子不能夠消除外來的可導電異物對相間短路造成的潛在威脅。

RTV或者PRTV涂料的使用壽命一般為3～5年，防污閃涂料失效后需要重新涂刷，有的甚至需要將原先涂層清除之后再行涂刷，既費工費時，又增加成本。

電纜母線安全性高，布設方便，但是其載流量有限，當承載電流較大時需要多條并聯使用，當并聯電纜長度有差異時因其阻抗不一致，將會出現電阻較小的電纜承載電流過大而首先燒毀，繼而導致并聯回路中的其它電纜陸續燒毀。

全絕緣屏蔽銅管母線因為其具有良好的電氣絕緣性能，同時又可承載很大的電流強度，其技術優勢顯而易見，是矩形母線和電纜所不能比擬的。

3.2 減少土建基礎，減少占地面積

全絕緣屏蔽銅管母線適用于戶外，戶內，電纜隧道等各種安裝環境條件。國家電網公司目前對變電站占地面積有了明確指標，全絕緣屏蔽銅管母線因為其外絕緣強度高，表面0電位的特點，在路徑設計中可以做得更為緊湊，相間距可以做得更小(≤350mm，如不考慮中間接頭施工工藝，相間距可以最小做到200mm)。因為其機械強度高，所以可以減少支撐立柱的布置，減少土建基礎面積。

變電站主設備(主變、開關柜)就位后，生產企業進場對現場進行實測后才進行母線的生產，成品與現場基礎高度吻合，這就為主設備的緊湊化布置提供了便利，在滿足必要的安全距離的前提下，設計階段可以將各主設備安排得更為緊湊，節省寶貴的土地資源。

4 全絕緣銅管母線的使用情況

目前全絕緣屏蔽銅管母線已經在0.4kV、10kV、20kV、35kV幾個電壓等級廣泛應用，甘肅省電力公司范圍內主要應用在110kV變電站低壓側，其他省系統應用于110kV變電站10kV側，220kV變電站35kV側使用較為廣泛，已經取得了豐富的運行經驗，是一種日趨成熟的母線更新換代產品。甘肅省定西供電公司、張掖供電公司、嘉峪關供電公司、白銀有色集團等系統內外單位110kV變電站內的全絕緣屏蔽銅管母線目前均正常運行。

5 結論

因為母線生產企業的充分競爭和技術改進，目前全絕緣屏蔽銅管母線的價格比上市之初已經有了大幅度下降，其優異的電氣性能和較高的性價比得到了系統內外用戶的好評。綜上所述，全絕緣屏蔽銅管母線將會越來越引起用戶的重視，它的推廣和應用將會使變電站運行的安全可靠性得到提升，給用戶帶來良好的綜合效益。