管形母线在铁路牵引变电所的应用

杨朝

摘   要：随着铁路电气化的大力推广，铁路牵引变电所的载流能力需要进一步被扩充。而管型母线作为一种全新的载流导体，具有显著的性能优势，逐步成为电力材料的主力，其发展前景广阔。本文首先对母线的应用做简单概述，然后分析管型母线的一些应用特点，最后基于管型母线在铁路牵引变电所中的实际应用，研究其应用控制要点，希望能够推动管型母线在各个电气领域中的应用。

关键词：管型母线  铁路牵引变电所  应用

近年来，我国对于新建高速铁路、客运专线、重载铁路、普速铁路等均采用电力牵引，同时，也不断加强对既有铁路的电气化建设，使得铁路电气化得到全面推进。这就需要牵引变电所具有较高的载流能力来满足使用需求。电气化铁路中变电所的主变容量更显著增加，出线电流随之增加，变压器低压出线侧母线额定电流也呈现上升趋势，在这种情况下，常规的矩形母线已经不能满足电力动力需求，并且呈现出附加损耗增加，集肤效应增加，电流分布不均匀等异常现象，进而影响变电所的安全性和稳定性[1]。对此，采用管型母线来代替矩形母线，并在实际应用中取得了良好的应用效果。

1  母线的应用概况

母线作为变电所的主要载体，能够有效传输、汇集和分配电能，主要采用铜、铝等其他导电性较好的金属合金材料而制成，并将其制作成不同形式的线材，如矩形、管型等。管型母线是一种常用的硬母线，具有固定的形态，在安装运行中使用方便，性能优异。近年来，导线材料加工技术和加工设备越来越先进，管型母线等母线外层可以外敷一层绝缘表层，以提升母线线材的屏蔽绝缘性，使其能够应用到各种不同的使用环境中[2]。

2  管型母线的应用特点

2.1 载流量大

管型母线是以铜管或者铝合金为主导体，其外表面呈圆形表面，大大增加了电缆的有效表面积，这样不仅能够增加母线的载流量，而且使得表面的电流分布比较均匀。矩形母线因为具有四个棱角，使得棱角处容易发生电荷聚集，造成局部发热等现象。同时，管型母线一般是中空的，这在一定程度上使得温升较低。例如，载流量均为4000A的管型母线和矩形母线，管型母线的截面积1491.5mm2，电路密度为2.68A/mm2，而矩形母线的电流密度仅为1.04A/mm2，温升却在70K左右。因此，管型母线不仅适用于工作电流较大的变电所，而且能够有效降低电能消耗。

2.2 集肤效应低，功率损失小

管型母线的结构特点使得其集肤效应系数较低，通常在1以下，因此在电路中所形成的交流电阻较小，进而使得功率损失较小。这样，管型母线虽然被应用在金具、钢结构及支柱内的钢筋等导磁材料上，却不会产生高强度的电磁反应。

2.3 允许应力大，跨距大，机械强度高

对于以铜管为主的管型母线，其允许应力和抗拉强度相对较大，这都是有利于提升管型母线承受短路电流能力的，再加上管型母线布置过程中主要以钢架结构作为支撑，显著增加了管型母线的跨距，并具备较强的抗震动能力。根据相关实验数据统计，铜管母线在额定电流为4000A，电压为10kV的条件下，其所能够承受的短路电流为63kA，因此，管型母线可以用来连接开关柜、电抗器等配件，并且能够达到Ⅶ级的抗地震能力[3]。

2.4 散热好，温升低

管型母线的结构特点是中间空心，两端带有必要的通风孔，这种结构有利于热空气在中空管道中形成对流，具有良好的散热效果，使得温升较低，不会出现过热现象。

2.5 不易受外界环境影响，可靠性较高

管型母线的每一相间均是封闭屏蔽绝缘。因此，管型母线在使用过程中不存在凝露、污秽等，而且能够有效阻止外界潮气、灰尘等污染物所引发的接地现象。管型母线的使用过程中不容易受到外界各种消极因素的影响，不易触发各种故障问题，具有较强的可靠性。

2.6 母线架构简明、布置清晰、安装方便、占用空间小、适用范围广

管型母线的安装环境比较广泛，室内或者室外安装均可，同时对于安装环境比较复杂的空间，如架空、爬墙、电缆夹层、电缆隧道等均可以采用管型母线。管型母线的绝缘性对布置间距要求较小，在空间布局上具有较强的灵活性，因此，安裝使用范围较广。

2.7 母线免于维护、寿命长、造价低

管型母线在标准安装后，一经安装成功后，其使用寿命可以长达30年，而且不需要经常维护，后续维护成本较低，具有一定的经济意义。

3  管型母线在铁路变电所安装使用过程中的控制要点

管型母线在安装过程中，通常采用弧形金属压板将管型母线与设备进行连接，同时在母线的端部应该紧固一段软铜带，来保障接触电阻为零，需要注意的是软铜带必须确保连接紧密。而对于母线之间的连接，一般是将开口铜紧固连接在母线上来达到接触电阻为零的效果。同等母线电压等级的绝缘处理，需要按照管型母线的安装使用标准达到相应的绝缘要求。母线安装过程中不可避免的会设计到弯曲布局安装，但需要根据实际安装布置情况进行严格加工，以保障母线布局上的准确性。

此外，管型母线应该尽可能的减少接头，对于不可避免的留有接头的位置需要做好位置的调整，尽量转移到不会影响操作维护的地方，且不容易让工作人员接触到，以免发生触碰造成意外。母线安装过程中需要有效保障线材的伸缩位置，避免因为超过线材伸缩量的正常范围而受到损坏。安装过程中要注意保护管型母线外面的绝缘层，以免绝缘层受到损害，造成绝缘性能下降，并保证管型母线两端能够接地，有效提升管型母线安装使用过程中的安全性能。

4  管型母线在铁路变电所中的应用

举例来说，某变电所需要进行扩能改造，在原有变电所结构的基础上新增一条电气化铁路，这就需要增加铁路的馈出端，并对主变压器进行扩容。这样，原有的27.5kV主导流回路辅助母线的载流能力，并不能满足改建后的工作需求，因此，在综合衡量后，将27.5kV室外软导线型母线改为管型母线。

在电气化铁路牵引变电所改造过程中，受系统中110/220kV高压进线的限制，不同的导线选型直接关系到27.5kV牵引馈线出现需求、总平面图布置需求、机械受力和运营维护管理等方面。在牵引变电所室外装置导流回路中通常采用钢芯铝绞丝，结构简单，安装方便，经济成本较低。牵引变电所室内的高压装置则常采用矩形导体，这是因为矩形导体肌肤效应系数小，在土建安装方面具有较高的要求。但是，近年来，随着管型母线的出现以及自身的巨大优势，被逐步应用到牵引变电所的改造项目中。在该案例中，管型母线就以其自身的优势被用来直接连接高压室，在满足改造性能的同时又合理的利用了变电所的空间布局。根据牵引变电所的实际改造情况，主要采用非绝缘方式和全绝缘方式两种改造方案。非绝缘方式改造方案中，将原有的软导线更换为铝镁合金的管型母线，并保持原有的相间带电距离。而全绝缘方式则将原有的横向布置中的软导线采用全绝缘管型母线来代替，同时由于母线的全绝缘性就可以有效减小相间带电距离，使得空间布局得到优化完善，提升空间的利用率。

5  结语

综上所述，管型母线具有载流量大、机械强度高等特点，受到各个行业的认可和支持。将管型母线用在牵引变电所的扩能改造项目中，能够充分发挥惯性母线的优势，并且有利于提升变电所的运行效果，具有一定的现实意义。

参考文献

[1] 郭小笃.管形母线在铁路牵引变电所的应用[J].电气化铁道，2016（3）：11-13.

[2] 余波，吴怡敏，陶俊培.特高压换流站直流场管形母线选择[J].四川电力技术，2009，32（2）：69-72.

[3] 张茜茹.浅析绝缘式铜质管形母线在变电所中的应用[J].科技情报开发与经济，2007（21）：287-288.