绝缘管型母线的结构及现场施工

李金明，李金海

1 前言

国外某2×10 000t/d水泥熟料生产线的供电方式为自备电厂供电，两条生产线均采用若干独芯大规格YJV电力电缆，通过地下电缆沟，将电缆敷设至水泥生产线总配电站，用于电能传输。从自备电厂至总配电站的供电距离约970m，额定电压13.8kV，设计最大供电电流4 000A。生产线建成初期，供电系统运行基本稳定，但运行若干年后，由于电缆沟内通风散热不畅、工况恶劣，电缆逐渐老化，导致供电系统电缆附加损耗增大、集肤效应系数增大，载流能力下降、电流分布不均，供电系统运行中产生的涡流影响越来越严重。特别是在夏季高温时期，电缆频繁对地放电，易造成生产供电中断，甚至造成生产设备故障损坏，严重影响了水泥生产线窑系统的正常生产。

2 改造要求

（1）不再使用电缆供电方案，新供电方案应安全可靠，基本免于维护。

（2）新供电方案应能适应现场夏季高温、冬季沙尘暴频繁等恶劣工况。

（3）地下电缆沟内空间狭小，在电缆出现故障后，电缆修复工作很难快速开展，故不再使用原电缆沟。新供电方案要求采用钢结构桁架敷设导体供电，因停窑时间短，供电系统改造施工时间不能太长，以免影响水泥熟料的生产。

3 绝缘管型母线结构

母线作为电力系统配电装置中的重要连接导体，起着汇集、分配和传输电能的作用，母线的性能优劣，直接影响到电力系统运行的稳定性和可靠性。相比传统的电缆母线、矩形母线或封闭母线，绝缘管型母线具有载流量大、集肤效应低、温升低、允许应力大、安全防触电、稳固抗震、安装方便、免于维护等优点，其应用越来越广泛。绝缘管型母线与铜排母线的技术经济性能对比见表1。

表1 绝缘管型母线与铜排母线的技术经济性能对比

绝缘管型母线的结构见图1。绝缘管型母线的载流导体一般采用具有一定厚度的优质高纯度T2y空心紫铜管，含铜量≥99.90%；绝缘管型母线的导体屏蔽层由三元乙丙橡胶与高分子材料聚合而成，可以改善管型母线的电场分布、控制电位和均衡电场，逐级衰减泄漏电流，避免导体与主绝缘层之间发生局部放电；绝缘管型母线的主绝缘层材料采用硅油渗渍纤维及高性能聚四氟乙烯定向箔膜，可在-250℃~250℃温度环境中正常工作，并具有优良的电气性能和化学稳定性，介电损耗小、阻燃、抗老化性能好，使用寿命一般＞30年。绝缘管型母线的金属屏蔽层采用高强度的编制铜网带；外套保护层使用聚烯烃高分子聚合物绝缘护套。每段管型母线接头处均设有屏蔽筒接地层，以实现有效接地，并保证电势为零，不会产生磁涡流现象。

图1 绝缘管型母线的结构

4 绝缘管型母线特点

相比传统的电力电缆或铜排母线，绝缘管型母线具有以下优点：

（1）载流量大。相比常规矩形导体和电力电缆导体，绝缘管型母线空心的铜载流导体具有表面积大、导体表面电流密度和电场分布均匀、阻抗小等特点，最高额定传输电流可达8 000A，适用于工作电流大的供电回路。

（2）电气绝缘性能强、耐腐蚀。管型母线导体外部采用绝缘性能强的聚烯烃高分子聚合物绝缘护套，具有优良的电气性能和化学稳定性，损耗低，阻燃、耐老化，表面电气绝缘性能强，采用编织铜网作为屏蔽层，母线表面电场分布均匀。

（3）散热性能突出、损耗低。母线导体为空心，内径风道自然风冷，导电铜管的集肤效应系数Kf接近于1，交流电阻小，因而母线功率损失小，单位截面的有效载流量高，损耗远小于常规矩形导体。

（4）允许应力大、机械强度高、抗电气震动性能强。可承受更大的短路电流，最大支撑跨距可达9m。可直接将绝缘管型母线固定在钢结构桁架或混凝土支架上，具有很强的抗震动性能。

（5）可靠性高、使用寿命长。绝缘管型母线的各相封闭、屏蔽、绝缘，内置金属接地层，具有传导泄露电流和充电电流的作用，可以对危险的接触电压进行防护。内部无凝露产生，且消除了外界潮气、灰尘及外物所引起的接地和相间短路故障，运行具有高度的安全可靠性。

（6）结构简单、布置清晰、安装维护方便。与常规电缆相比，绝缘管型母线一次性安装成型，终身免维护。

某国外水泥厂供电改造项目绝缘管型母线的基本技术参数见表2。

表2 某供电改造项目绝缘管型母线的基本技术参数

5 管型母线设计施工安装要点

（1）现场测量，选择合理的管型母线走向路径及支撑桁架布置位置，准确设计施工图纸及确定施工方案。

（2）确定管型母线与终端电气设备的连接方式。管型母线与终端电气设备（一般为变压器、开关柜等）的连接一般采用铜带式或铜排式。

a铜带式连接。将管型母线端部通过螺栓将软编织铜带与电气设备端部连接，这种方式属于软连接，它可有效地避免设备运行震动传导至母线，同时可修正土建安装偏差。铜带式连接如图2所示。

图2 铜带式连接示意

b铜排式连接。将管型母线端部通过螺栓将矩形铜排与电气设备端部直接连接，这种方式属于硬连接。对管型母线与终端电气设备施工安装而言，这种连接方式需要更加精确的测量和安装精度，并且现场施工偏差的修正处理相对困难。铜排式连接示意见图3。

图3 铜排式连接示意

在本文所介绍的改造项目中，管型母线两端连接的终端电气设备均为中压开关柜，且两端的开关柜已固定安装运行多年，因此，管型母线与开关柜之间采用铜排式连接。在铜排式连接安装完毕后，在开关柜后加装安全隔离保护箱，将整个连接部位进行封罩，以避免带电运行后，巡检人员跨越时接触触电。

（3）管型母线托架采用优质槽钢焊接制作，表面热镀锌钝化处理，具有优良的耐腐蚀性能；托架用螺栓连接，无需现场焊接，安装、拆卸方便；托架上设有金具滑轨，通过滚轴与母线固定金具连接，该结构可以吸收母线运行和停机检修时，热胀冷缩的长度变化；母线采用不导磁的铝合金固定金具夹持固定，并通过滚轴与托架连接，有效避免了单根母线出现闭合磁路导致运行事故，确保母线安全运行。安装及固定管型母线的托架及固定金具示意见图4。

图4 安装及固定管型母线的托架及固定金具示意

（4）管型母线段与段之间，采用单边开口的不锈钢抱箍（不锈钢304）和铜抱箍（T2y铜管）的外置式中间连接结构，现场安装时使用专用工具，使铜抱箍和不锈钢抱箍与母线全面贴合。

（5）管型母线直接穿过墙面的预留孔洞时，穿墙处需使用非导磁材料（可以选择绝缘环氧树脂板或铝合金板）进行封堵，以防小动物、粉尘或雨水进入到室内。

（6）在长距离敷设管型母线时，需进行若干次换相处理，以抵消涡流，保证管型母线长期可靠运行。某水泥厂管型母线现场施工图见图5。

图5 某水泥厂管型母线现场施工图

6 结语

该水泥厂绝缘管型母线投入运行三年以来，配电系统实际运行电压14.5kV，满负荷运行电流约2 700~3 100A。无论是在户外气温近50℃的夏季，还是沙尘肆虐的冬季，绝缘管型母线供电部分均未出现过故障，整个系统运行安全，稳定可靠，基本免维护。

近年来，随着合金材料的快速发展及应用，铝合金管型母线开始逐步应用于供配电领域。铝合金管型母线以铝为主材料，另添加少量镁、锰、铜、铬、锌、硅等元素制成。目前，市场上主要采用的是6000系列标号的铝合金管型母线，铝合金管型母线具有良好的可成型性、可焊接性、耐腐蚀性及可机加工性能，同时具有一定的机械强度。

在相同载流量情况下，铝合金管型母线管径大于铜管型母线；而在同等截面积情况下，铝合金管型母线重量轻于铜管型母线。总体来看，铝合金管型母线具有一定的性价比优势，并且相比同尺寸铜管母线，其重量要轻很多，更适用于现场土建基础施工及使用钢结构桁架敷设，同时，有利于降低母线安装成本。在大容量、长距离供配电项目上，需结合项目实际情况，对比铜管母线和铝合金母线的各自特点，择优选择。