管型母線的特點及其在變電站的應用

陳志彬　袁志堅　朱遂松

摘要：管型母線的出現引起了各國電力系統的重視，應用范圍也不斷擴展，但是我國管型母線在變電站中的實際應用仍然存在一些問題。文章分析了管型母線的特點，介紹了變電站配電裝置的相關內容，并對管型母線的選擇計算進行了探討。

關鍵詞：管型母線；變電站；電力系統；輸變電系統；電力設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM645 文章編號：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及電力設備連接中的重要導體，管型母線的重要作用受到愈來愈多的關注與重視。管型母線的出現代替了傳統的矩形、棒性母線，是一種全新的導體，也是電力輸變系統中的關鍵設備，對于維護輸電系統及電力設備的安全運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，通過仿真計算等手段，優化各種參數，并采用特殊的制造工藝，生產出的全絕緣性母線連接系統。總之，管型母線被廣泛應用于我國的變電站實踐過程中。下面筆者將對管型母線的特點、優勢及其在變電站中的實際情況進行探討。

1 變電站配電裝置特點概述

管型母線具有如下特點：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。與傳統的母線相比，管型母線的載流量較大，導體平面的電流分布相對均勻。管型母線的集膚效應較低，功率損失的較小，電量的利用率較高。同時，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較高，產品的使用壽命平均在40年左右，抗震能力強，不容易受外界的干擾。總之，管型母線的優勢是十分明顯的。

管型母線的應用使得戶外配電裝置更為美觀，構建也更為簡單，布置清晰，因此受到國內外配電廠的青睞。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220kV配電裝置進行分析與探討。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，絕緣子串的數量要增加一些。而后者的支架則相對簡單，在高度降低的情況下，水平受力就會相應的減少。但是母線的抗震性不高，帶電作業的難度較大。總之，不同的母線布置形式作用不同，工作人員要根據實際情況加以

選擇。

2 管型母線的選擇計算

管型母線的選擇是一項相對復雜的任務，筆者將從母線的選材、強度與撓度、防止微風震動措施以及母線的維護方面對懸掛式管型母線的選擇計算進行探討。

2.1 母線選材

過去，變電站母線多采用純鋁管材質，但是純鋁管的強度較低，使用率不高。隨著技術的進步，當前可以用作鋁管母線生產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線載流量的因素。下面筆者將對各國導線載流量計算時所采取的參數進行分析與探討。

上表中的環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。在計算鋁管母線的載流量時，應該努力分析和探索環境溫度與鋁管母線之間的關系，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境溫度。利用某一地區的極端最高溫來計算鋁管母線的載流量，可靠性較高，但是母線的截面也會增大。就我國來說，在夏季最熱月中有一大部分的時間最高氣溫的持續時間會達到7～8小時，這種氣溫下鋁管母線的壽命會大大縮短。在本次實踐過程中，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行計算。

2.2 母線的強度與撓度

在管母線的配電裝置中，管型母線除了要承擔必要的載流功能之外，還要承受一定的結構支持受力，在多種情況的交織下母線結構計算的難度會進一步加大。一般來說，慣性母線的強度與撓度的計算主要包括以下三個方面的工作：第一，自動頻率計算。母線自動頻率的高低與母線短路點動力的大小有著直接的關系，而自動頻率則會受到跨距、材料剛度、支撐安裝形式等各方面因素的影響。管型母線的微風振動指的是當穩定的微風垂直于母線水平吹來時，母線會發生上下交替振動。工作人員先要測算母線的各階自振頻率，并校驗微風振動的風速，并根據地形特點分析是否可能會發生微風振動。當風速小于6m/s，工作人員可以消除微風振動措施；第二，強度校驗。要根據荷載組合的具體情況，先計算其內應力的大小，之后根據安全系數來校驗強度。在計算荷載時，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）來計算個狀態下的導體水平及垂直彎距，從而進行強度校驗；第三，撓度計算。如果管型管線的撓度過大，會影響變電站配電裝置的美觀性，也會影響母線的結構受力情況。

2.3 防止微風振動措施

微風振動會對管型母線的應用產生一定的影響，因此在選擇管型母線的過程中，要防止出現微風振動的情況。第一，要在管內加裝阻尼線；第二，加裝動力消諧器；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

第一，要注意維護管型母線的靈敏性，保證其能夠反映故障的能力；第二，要維護母線的速動性。在發生故障之后，要確保動作迅速，從而保證故障迅速切除，以免造成電力系統失穩，這也是保證電力系統的安全運行。同時要注意二次電流畸變情況，防止出現不利現象；第三，要注意維護母線的可靠性。如果母線保護如果動作，就會跳開母線上的所有開關，母線保護的可靠性會受到影響，也會影響電力系統的安全運行。要提高母線保護的可靠性、安全性，防止出現外部短路的情況。而母線的可信性是指母線在故障時要保證母線保護的可靠動作，防止引動。

對于母線的維護周期，主要參考以下四個方面：第一，對于使用時間在1～3年間的母線，要對其本體及相關物件進行全面的清掃檢查，務必擰緊各個部位的螺絲；第二，要根據具體的情況，每隔五年或者十年對母線進行A級檢修，在相應位置涂抹凡士林；第三，對于那些灰塵較多的地方，要每年進行徹底清掃；第四，對于那些有過熱痕跡傾向的母線，應立即進行停電檢修。

管型母線的檢修維護主要包括以下六個方面：第一，全面清掃母線及其相關的物件，保證母線表面清潔、光亮，確保所有絕緣件無松動情況；第二，要保證母線光潔平整，不應存在裂紋、變形、歪斜情況。在水平放置時，母線與其上部夾板應該保持1～1.5mm的間隙；在豎向放置時，應該保持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生氧化或者進水；第五，要堅持母線伸縮節與連接部分是否牢固，有無斷裂現象；第六，要檢查母線接頭有無過熱、融合等現象發生。檢修完畢之后，應該將母線打掃干凈，并通知高壓試驗人員進行測試。

3 結語

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。就國內應用的實際情況來看，管型母線配電裝置在華東地區的應用起步時間較晚，與國外發達國家相比還有很大的差距。為了推動這種管型母線的應用，工作人員應該進行大量的調研工作，收集相關的材料，從而保證計算結果的準確性，使得管型母線的設計也能更為完善，應用前景更為明朗。

參考文獻

[1] 劉桂英，粟時平，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].電力系統及其自

動化學報，2015，（11）.

[2] 劉敏，侯贊，王曉冀，等.10kV系統過電壓原理及抑

制措施[J].低碳世界，2016，（25）.

[3] 閔敏.電力設備高壓試驗的分類與方法探討[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，2015，（10）.

基金項目：廣東電網有限責任公司東莞供電局職工創新項目（GDZC-031920160040）。

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

（責任編輯：蔣建華）