鐵路牽引供電系統(tǒng)絕緣管型母線關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐

劉大偉 王健 于淼

中國(guó)鐵路濟(jì)南局集團(tuán)有限公司青島供電段 山東青島 266000

1 絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)絕緣管母線制造商在生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)形式上存在較大差異。中國(guó)水電十局安裝的絕緣管匯流排采用了鑄造絕緣母線和纏繞絕緣管的方法。母線具有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1.1 澆注式絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)

（1）本體及其結(jié)構(gòu)。如圖1所示，母線由內(nèi)到外由金屬管型母線導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層和外護(hù)套層組成。金屬管公共汽車售票員是由銅管或鋁合金管、導(dǎo)體屏蔽層和絕緣屏蔽層是由非金屬半導(dǎo)體的材料，隔熱層是由環(huán)氧樹脂、金屬屏蔽層是由銅網(wǎng)和外護(hù)套的熱收縮套管。

圖1 絕緣管型母線本體結(jié)構(gòu)圖

（2）中間接頭。如圖2所示，導(dǎo)線由銅條軟連接，外部為預(yù)制絕緣套管。絕緣套管包括環(huán)氧樹脂絕緣層、內(nèi)外非金屬半導(dǎo)體屏蔽層、金屬屏蔽層和外護(hù)套。

圖2 絕緣管型母線中間接頭示意圖

1.2 繞包式絕緣管型母線

母線由內(nèi)到外由金屬管母線導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽絕緣層、金屬屏蔽層和外護(hù)套組成。金屬管母線由銅管或鋁合金管構(gòu)成。電容器屏蔽保溫層由多層聚酯或聚四氟乙烯薄膜和一層鋁箔組成。金屬屏蔽層為銅帶，外護(hù)套為熱縮套。

1.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

（1）載流能力大，皮膚效應(yīng)低。絕緣管母線采用空心管導(dǎo)體作為載流導(dǎo)體。一方面導(dǎo)線的橫截面積大，另一方面表皮效應(yīng)低，載流導(dǎo)線利用率高，電流分布比較均勻，單位橫截面積的載流能力大。它具有很強(qiáng)的流動(dòng)能力，因此特別適用于大電流電路。（2）損耗小，散熱好，溫升低。空心管狀導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)提高了利用導(dǎo)體一方面，集膚效應(yīng)系數(shù)(Kf≤1)，和減少了交流電阻；另一方面，導(dǎo)體可以通過(guò)空心部分的空氣循環(huán)散熱（末端有散熱孔），因此溫升較低。（3）電氣絕緣性能好。所述絕緣管式母線涂有絕緣材料，作為絕緣層具有優(yōu)異的性能。此外，還有接地屏蔽，相位完全隔離，表面電位為零，內(nèi)部電場(chǎng)分布均勻，因此電氣絕緣性能良好。（4）機(jī)械強(qiáng)度高，跨度大。絕緣管匯流排具有較高的機(jī)械強(qiáng)度、抗短路能力、抗大跨度彎曲和沖擊能力，可以減少對(duì)母線所需的柱式絕緣子、配件及其他相關(guān)配件的支撐量。（5）無(wú)環(huán)境干擾，安全可靠。絕緣管母線采用封閉的絕緣系統(tǒng)，隔離了外部環(huán)境中的水分、灰塵、細(xì)菌等大部分影響因素，基本消除了相間短路的可能性，可靠性高，可靠性高。工作人員的安全得到保證。（6）環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。保溫管式母線保溫材料具有較高的耐熱系數(shù)、優(yōu)良的耐候性和化學(xué)穩(wěn)定性。它可以在室內(nèi)和室外使用，也可以安裝在戰(zhàn)壕和隧道。其絕緣性能可靠，適用于惡劣環(huán)境。此外，該絕緣管式母線具有排列清晰、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。

2 鐵路牽引供電系統(tǒng)絕緣管型母線關(guān)鍵技術(shù)與實(shí)踐案例探討

2.1 案例概況

高速鐵路列車運(yùn)行速度快、密度高，列車功率可達(dá)9600-21560kW，需要增加供電能力。高速鐵路采用AT供電方式。鐵路牽引變電站的27．5kV側(cè)多采用軟芯鋼芯鋁絞線或27．5kV電纜連接。由于鋼芯鋁絞線或電纜的最大負(fù)載電流約為800A，必須滿足。相控電源臂相位大于2000A或牽引變電站27．5kV側(cè)母線電流約為4000A。多導(dǎo)體并聯(lián)是必要的。多導(dǎo)體的連接器、工藝和安裝是可靠運(yùn)行的薄弱環(huán)節(jié)。銅管母線或鋁合金管母線為空心導(dǎo)體。導(dǎo)體表面電流密度分布均勻，載流能力可達(dá)2000-6000A及以上。特別適用于工作電流較大的電路。27．5kV室外軟母線、室內(nèi)硬母線或開關(guān)柜母線橋梁及牽引變電站至接觸網(wǎng)供電線路采用絕緣銅母線或鋁合金母線，可有效解決多導(dǎo)體并聯(lián)問(wèn)題。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照分析。開發(fā)或使用27．5kV絕緣管式母線，首先要了解所使用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)。在DL/T1658-2016“35kV及以下固體絕緣管母線”正式實(shí)施之前，在配電網(wǎng)中，本產(chǎn)品的測(cè)試基本遵循金屬密封母線，因此對(duì)配電網(wǎng)的金屬密封母線、電纜及附件、固體絕緣管母線進(jìn)行分析。

（2）連接及工藝技術(shù)。高壓絕緣管母線系統(tǒng)由母線的身體，中間的頭，90°彎頭，終端頭，等等。分為室內(nèi)和室外終端根據(jù)不同的安裝位置。考慮到制造工藝和運(yùn)輸，絕緣管式母線本體的跨度一般為7-9m1。中間接頭的長(zhǎng)度要求大于這個(gè)長(zhǎng)度，但接頭連接成為關(guān)鍵技術(shù)，保證接頭處電場(chǎng)分布均勻，保證連接。接觸區(qū)域足以避免發(fā)熱。絕緣管式母線采用密封、屏蔽絕緣方式，外殼接地電位為零，電場(chǎng)分布均勻，電氣絕緣性能強(qiáng)。

2.3 實(shí)踐方案

（1）導(dǎo)體選擇及載流量。高速鐵路牽引變電所27．5kv低壓側(cè)電流很大，從牽引變壓器的低壓側(cè)，一般使用多個(gè)電纜或多個(gè)鋼芯鋁絞合導(dǎo)線連接在高壓室或使用多個(gè)匯流與金屬封閉母線以來(lái)最大電流承載能力的軟導(dǎo)線鋼芯鋁絞線和電纜相對(duì)較小，為了滿足較大的載流能力，有必要對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行并聯(lián)。若采用27．5kV絕緣管匯流排，則其中只有一根能滿足2500A以上的載流能力。

（2）安裝方式。目前，鐵路牽引變電站27．5kV側(cè)導(dǎo)線有室外安裝和室內(nèi)安裝，室外采用軟導(dǎo)線，多條導(dǎo)線并聯(lián)。室外和室內(nèi)的墻壁穿透需要墻壁到墻壁的外殼。采用27．5kV絕緣管式母線后，可根據(jù)不同的安裝空間和不同的進(jìn)、出口線路進(jìn)行安裝。安裝方法靈活，可倒裝、直立安裝、梁柱安裝等，也可水平彎曲安裝在溝槽內(nèi)。線側(cè)（彎曲方式在工廠完成）。戶外同相1母線可以直接固定在鋼結(jié)構(gòu)或混凝土的支持，并且可以直接引入到房間，和可以穿墻套管（只預(yù)留方孔，孔可以密封絕緣板安裝完成后）。室內(nèi)導(dǎo)線可根據(jù)設(shè)備布置（開關(guān)柜）作為支架安裝。絕緣管母線兩端預(yù)留接線端子，相應(yīng)設(shè)備的接頭可通過(guò)螺栓可靠連接。

本文提出的乙丙橡膠采用三層共擠工藝控制，中間接頭采用屏蔽套和內(nèi)襯控制電場(chǎng)分布和接觸面積，終端接頭采用應(yīng)力控制連接技術(shù)，控制預(yù)制接頭的電場(chǎng)畸變。系統(tǒng)試驗(yàn)項(xiàng)目和電壓相關(guān)試驗(yàn)參數(shù)及典型工程安裝驗(yàn)收方法可供其他鐵路工程參考。