试论全绝缘屏蔽铜管母线在变电站中的应用

刘锦江，支 峰

(1.临汾供电分公司，山西 临汾 041000;2.山西晋缘电力化学清洗中心有限公司，山西 太原 030006)

0 前言

随着我国经济的快速发展，电力需求越来越大，变电站主变容量也越来越大，10kV低压侧电流＞2 500A的情况已极为常见。在变电站内选择安全可靠、综合效益高、载流量大的设备成为变电站设计和运行单位必须考虑的内容之一。

全绝缘屏蔽铜管母线是近年来出现的替代传统矩形母线的新型产品，定西供电公司分别在2009年110kV岷县变改造工程，2010年临洮三易水泥厂110kV变电站工程(新建，客户工程)，2011年110kV新添变改造工程中使用了该产品，通过实际运行检验证明全绝缘屏蔽铜管母线结构简洁，电气性能优异，运行安全可靠，减少了运行单位的维护工作量，综合效益比较显著。

1 全绝缘屏蔽铜管母线的结构

全绝缘屏蔽铜管母线导体采用优质无氧铜管，阻抗小，表面积大，其内外表面电流密度分布均匀。在一般设计中，可以按照2.0A的载流密度来选取合适的铜管直径。

其外绝缘采用多层电容屏蔽绝缘结构。主绝缘层材料采用优质聚四氟乙烯定向膜，该材料介损小，阻燃抗老化，电气性能优异，理论工作温度为－250～+250℃，而在实际运行中工作温度一般为－40～+60℃，使用寿命≥40年。

主绝缘层按照电压等级和当地海拔修正系数在中间设置3～8层铝膜作为电容屏蔽，使得泄漏电流逐级衰减，最外层达到0电位。

两层半导绝缘层介于铜管与主绝缘层、主绝缘层与接地屏蔽层之间，可以均衡电场，消除局部放电。

接地屏蔽层采用优质无氧铜带制作，用铜丝预绞编织带引出，并与站内接地网可靠连接。

最外层采用优质黑色绝缘护套作为保护层，机械强度较高，防紫外线老化，耐化学腐蚀，使用寿命≥20年。

2 全绝缘屏蔽铜管母线的技术优势

2.1 载流量大，温升低

全绝缘屏蔽铜管母线采用优质空心铜管作为导体，表面积大，内外表面电场分布均匀。在母线施工过程中，对于母线两端不做封堵，母线的内径风道能自然形成空气对流。在型式试验中，RQPTGM－12/5000A型号母线在额定电流条件下，温升只有38.5℃，在对定西临洮三易水泥厂RQPTGM－12/2000A型号母线的实测中，在环境温度9.8℃的条件下，测得母线温度为17.9℃，温升仅为8.1℃。

2.2 集肤效应低，功率损失较小

全绝缘屏蔽铜管母线的集肤效应系数KF≤1，交流电阻很小，可有效降低母线的功率损耗。传统的矩形母线在载流量≥2500A时，一般采用多片结构方式，随着导体片数的增加，集肤效应也会加大，导致载流量呈非线性的下降，片与片之间的电场分布不均匀，附加损耗会加大。当矩形母线的边角工艺处理不好时还易引起尖端放电。

2.3 允许应力大，机械强度高

铜管母线的允许应力为矩形母线的4倍，运行载荷可承受的短路电流大，机械强度高，使得母线的跨距加大，减少了相应的立柱支撑、母线金具以及土建构架基础的面积。在型式试验中，RQPTGM－12/5000A型号母线在热稳定值10037，通电时间4.01s条件下，绝缘层无损伤，接地连接导体未发生熔焊，接地回路连续性无破坏，整段试验母线未观察到变形。在实际应用设计中，可根据现场情况和载流量选取4～6m的跨距，最大跨距可做到8m。

2.4 绝缘性能好，不受环境干扰，可靠性高

全绝缘屏蔽铜管母线通体为屏蔽密封结构，这种工艺可以有效隔绝外界潮气对绝缘层的入侵，内部无凝露产生，可有效避免灰尘或者可导电外来物体引起的接地、相间短路等故障，所以运行具有高度的可靠性。户外矩形母线近年来虽普遍采取了外层热缩护套加强绝缘的工艺，但是因为单层护套绝缘强度偏低，或者护套长期暴露在环境中的自然老化，不明原因的跳闸等故障也时见发生。

2.5 结构简洁，布置明晰，抗电器震动力强，有效降低噪声

全绝缘屏蔽铜管母线可使用管母线专用固定金具直接固定在钢制托架或者混凝土构架上，取消了穿墙套管(户外进户内)和支持绝缘子，这种布置方式机械强度更高，抗震能力更好。

户内穿墙套管和进线柜之间，两端开关柜之间母联通常采用封闭母线桥的连接方式，由于电动力原因以及封闭母线桥的壳体共鸣对噪声的放大作用，使得这种结构方式在电流负载较大时产生很大噪声，而全绝缘屏蔽铜管母线因为其外绝缘为柔性材料，在投运之后对于50Hz的低频率震动谐振极低，无共鸣现象，这对于大负载变电站降低噪声污染具有积极意义。山东兖州太阳纸业集团110kV变电站母线改造之后，噪声下降30分贝以上，降噪效果明显。

3 在变电站内使用全绝缘铜管母线的现实意义

目前国家“智能电网”的建设目标对变电站的安全可靠运行提出了更高的要求，同时，国家电网对土地这种珍贵的不可再生资源也有了进一步的认识，在变电站规划设计中明确给出了占地面积指标。这样的背景形势下，在变电设计时选用全绝缘屏蔽铜管母线具有如下意义。

3.1 减少安全隐患，提高变电站运行可靠性

全绝缘屏蔽铜管母线外绝缘强度高，可有效预防低压侧母线污闪。在使用矩形母线的时候，站内防污闪的措施主要是将瓷支柱绝缘子更换为合成支柱绝缘子，或者是在瓷支柱绝缘子上面涂刷RTV或PRTV涂料。

上述两种防污闪的方法都有一定的效果，但是也都有其局限性。硅橡胶合成绝缘子的伞裙具有良好的憎水性和憎水性的迁移性，所以具有良好的防污闪性能，但是，国内目前各生产企业之间的质量差异也比较大，质量优良的合成绝缘子使用寿命可达15年左右，质量差的合成绝缘子甚至3～5年就出现伞裙表面龟裂老化，失去憎水性。

其次，合成支柱绝缘子不能够消除外来的可导电异物对相间短路造成的潜在威胁。

RTV或者PRTV涂料的使用寿命一般为3～5年，防污闪涂料失效后需要重新涂刷，有的甚至需要将原先涂层清除之后再行涂刷，既费工费时，又增加成本。

电缆母线安全性高，布设方便，但是其载流量有限，当承载电流较大时需要多条并联使用，当并联电缆长度有差异时因其阻抗不一致，将会出现电阻较小的电缆承载电流过大而首先烧毁，继而导致并联回路中的其它电缆陆续烧毁。

全绝缘屏蔽铜管母线因为其具有良好的电气绝缘性能，同时又可承载很大的电流强度，其技术优势显而易见，是矩形母线和电缆所不能比拟的。

3.2 减少土建基础，减少占地面积

全绝缘屏蔽铜管母线适用于户外，户内，电缆隧道等各种安装环境条件。国家电网公司目前对变电站占地面积有了明确指标，全绝缘屏蔽铜管母线因为其外绝缘强度高，表面0电位的特点，在路径设计中可以做得更为紧凑，相间距可以做得更小(≤350mm，如不考虑中间接头施工工艺，相间距可以最小做到200mm)。因为其机械强度高，所以可以减少支撑立柱的布置，减少土建基础面积。

变电站主设备(主变、开关柜)就位后，生产企业进场对现场进行实测后才进行母线的生产，成品与现场基础高度吻合，这就为主设备的紧凑化布置提供了便利，在满足必要的安全距离的前提下，设计阶段可以将各主设备安排得更为紧凑，节省宝贵的土地资源。

4 全绝缘铜管母线的使用情况

目前全绝缘屏蔽铜管母线已经在0.4kV、10kV、20kV、35kV几个电压等级广泛应用，甘肃省电力公司范围内主要应用在110kV变电站低压侧，其他省系统应用于110kV变电站10kV侧，220kV变电站35kV侧使用较为广泛，已经取得了丰富的运行经验，是一种日趋成熟的母线更新换代产品。甘肃省定西供电公司、张掖供电公司、嘉峪关供电公司、白银有色集团等系统内外单位110kV变电站内的全绝缘屏蔽铜管母线目前均正常运行。

5 结论

因为母线生产企业的充分竞争和技术改进，目前全绝缘屏蔽铜管母线的价格比上市之初已经有了大幅度下降，其优异的电气性能和较高的性价比得到了系统内外用户的好评。综上所述，全绝缘屏蔽铜管母线将会越来越引起用户的重视，它的推广和应用将会使变电站运行的安全可靠性得到提升，给用户带来良好的综合效益。