絕緣管型母線的發(fā)展及

1、絕緣管型母線的發(fā)展及應(yīng)用調(diào)查報告目 錄1.引言.12.絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點.12.1. 結(jié)構(gòu).12.1.1. 母線本體結(jié)構(gòu).12.1.2.絕緣管型母線的整體結(jié)構(gòu).22.2. 技術(shù)特點.23.國內(nèi)外絕緣管型母線的發(fā)展?fàn)顩r.44.各種型式的絕緣管型母線.54.1.澆注式絕緣管型母線.54.1.1.結(jié)構(gòu)及材料.54.1.2.制造工藝及主要設(shè)備.64.2.繞包式絕緣管型母線.64.2.1.結(jié)構(gòu)及材料.64.2.2.制造工藝及主要設(shè)備.74.3.擠包式絕緣管型母線.84.3.1.結(jié)構(gòu)與材料.84.3.2.制造工藝及主要設(shè)備.85.國內(nèi)絕緣母線的應(yīng)用狀況.86.絕緣管型母線有待改進(jìn)的地方與存在的問

2、題.96.1.母線有待進(jìn)一步研究的技術(shù)問題106.1.1.加強(qiáng)行業(yè)的技術(shù)研究與交流106.1.2.進(jìn)一步加深技術(shù)細(xì)節(jié)問題的研究106.1.3.改進(jìn)生產(chǎn)工藝研究116.2.絕緣管型母線的生產(chǎn)行業(yè)管理.117.關(guān)于絕緣管型母線的建議.127.1.實現(xiàn)全絕緣管型母線.127.2.編制標(biāo)準(zhǔn)，完善試驗.137.3.加強(qiáng)科技投入，加強(qiáng)行業(yè)合作.13絕緣管型母線的發(fā)展及應(yīng)用情況調(diào)查1. 引言絕緣管型母線是一種新型母線型式，其實質(zhì)是利用銅或鋁管母作為導(dǎo)體，外敷絕緣的一種母線產(chǎn)品。這種母線早期在國外開始應(yīng)用，已有幾十年的運行經(jīng)驗。國內(nèi)大連第一互感器有限責(zé)任公司于2002年開始從德國引進(jìn)技術(shù)，2004年完成型式試

3、驗，之后逐步開始生產(chǎn)干式絕緣管型母線。隨后，越來越多的企業(yè)開始制造絕緣管型母線。絕緣管型母線由于其載流量大、機(jī)械強(qiáng)度高、外形尺寸小、電氣絕緣性能強(qiáng)的優(yōu)點，其安裝的環(huán)境適應(yīng)性較好。在近十年的時間內(nèi)，絕緣管型母線在變電站、發(fā)電廠和大型光伏發(fā)電工程等領(lǐng)域內(nèi)得到了越來越多的應(yīng)用。2. 絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點目前，國內(nèi)生產(chǎn)絕緣管型母線的廠家有三十多家，絕緣管型母線的生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)形式有較大的差異，在此僅對一種結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析。2.1. 結(jié)構(gòu)2.1.1. 母線本體結(jié)構(gòu)圖.1所示為絕緣管型母線的一般結(jié)構(gòu)，母線的構(gòu)成從內(nèi)到外依次是：金屬管母、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層、外護(hù)層。金屬管母一

4、般采用銅或鋁管母，絕緣層采用固體絕緣材料，現(xiàn)在具體使用的絕緣材料有多種，導(dǎo)體和絕緣屏蔽層使用的材料也有很多種，金屬屏蔽層采用銅網(wǎng)或銅帶，外護(hù)層大多采用熱縮套也有采用不銹鋼。2.1.2. 絕緣管型母線的整體結(jié)構(gòu)絕緣管型母線不是簡單的一段母線，它在實際工程中需要由多段直線或彎曲母線、中間接頭、母線終端、三通、支撐結(jié)構(gòu)和穿墻結(jié)構(gòu)組成一個整體母線系統(tǒng)才能夠投入使用?？傮w上，它是一個分相形式。2.2. 技術(shù)特點絕緣管型母線由于采用銅管或鋁管母線導(dǎo)體，具有如下特點：1) 載流量大絕緣管型母線導(dǎo)體采用管型結(jié)構(gòu)，其集膚效應(yīng)低，單位截面的導(dǎo)體的載流量大于同等截面其它形式的導(dǎo)體。如載流量800a的母線，銅管母線需

5、采用323，電流密度為2.93a/mm2，而矩形銅母線需采用606mm2，電流密度為2.22 a/mm2，管母的導(dǎo)體效率提高了約30%。2) 表面場強(qiáng)低根據(jù)圓管母線表面的電場強(qiáng)度（e）與電壓（u）/半徑（r）成正比，同樣截面的銅管母線與矩形母線相比，管母表面的場強(qiáng)是矩形母線的1/101/15。因此管母外敷絕緣承受的場強(qiáng)較低，因此帶電運行較為安全可靠。3) 機(jī)械強(qiáng)度大根據(jù)母線截面模量公式：管型母線截面模量公式為：w= /32 (d4 - d4)其中，d管母外徑，d管母內(nèi)徑；矩形母線截面模量公式為w=bh2/6其中，b矩形母線寬度，h矩形母線厚度。同樣載流量的母線，抗彎截面模量，管型母線是矩形母線

6、的5倍。管母具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，可承受較大的短路電動力和較大跨距的抗彎和抗震能力。4) 散熱條件好管型母線中間空，表面積大，具有良好的散熱條件，這方面性能大大優(yōu)于矩形母線、電纜和其它母線。除了以上特點外，絕緣管型母線一方面在導(dǎo)體外敷有絕緣層，具有很好的絕緣性能；另一方面導(dǎo)體外敷有導(dǎo)體和絕緣屏蔽層，母線絕緣承受電壓均勻，敷有金屬屏蔽層并接地，使得母線表面電位為零。另外，其具有外護(hù)套，對外部日照、風(fēng)雨、機(jī)械、有害氣體等進(jìn)行防護(hù)，因此絕緣管型母線還具有如下特點：5) 絕緣性能好安裝時不需要考慮安全距離，運行可靠性高。6) 環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)絕緣管型母線在戶內(nèi)外均可使用，可以在一般的空間中使用，也可以在溝道

7、、隧道內(nèi)架設(shè)。綜上所述，絕緣管型母線的技術(shù)優(yōu)點有：載流量大；表面電場強(qiáng)度低；機(jī)械強(qiáng)度大；散熱條件好；絕緣性能好；環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。正因為絕緣管型母線具有以上優(yōu)異的技術(shù)特性，使得其在越來越多的領(lǐng)域內(nèi)有取代矩形母線橋、共箱母線和電纜等其他母線的趨勢，將會得到越來越多的應(yīng)用。3. 國內(nèi)外絕緣管型母線的發(fā)展?fàn)顩r國外絕緣管型母線的發(fā)展起步較早，技術(shù)較為成熟，比較知名的母線品牌有德國的pbp（preissinger busbar production）絕緣母線產(chǎn)品、瑞士雷茲sis絕緣母線系統(tǒng)及德國mgc公司的rip（resin insulated paper）絕緣管母產(chǎn)品。這些母線產(chǎn)品采用的都是環(huán)氧樹脂抽真空

8、澆注生產(chǎn)工藝，德國mgc公司的rip絕緣母線在戶外惡劣環(huán)境下使用時外護(hù)套增加一層不銹鋼罩殼。這種工藝分為兩個階段，第一階段是將包圍圓導(dǎo)體的絕緣紙在真空狀態(tài)下加熱干燥，第二階段是將事前準(zhǔn)備好的澆注罐與母線連接，在壓力的作用下將一種低粘度的樹脂浸入包扎紙中。絕緣管型母線產(chǎn)品在國外已運行三十多年，有成功的運行經(jīng)驗。在國內(nèi)，大連第一互感器有限責(zé)任公司于2002年引進(jìn)德國pbp公司的技術(shù)，經(jīng)消化吸收后開始制造絕緣管型母線，其絕緣材料采用環(huán)氧樹脂，采用抽真空澆注的生產(chǎn)工藝。隨后，有較多的企業(yè)開始采用繞包工藝生產(chǎn)絕緣管型母線，其絕緣采用聚酯薄膜或聚四氟乙烯帶表面涂硅油復(fù)合絕緣。到2008年，開始有一些企業(yè)研

9、究并采用擠包工藝生產(chǎn)絕緣管型母線，其絕緣材料采用三元乙丙橡膠（epdm）或硅橡膠。隨后，有部分采用繞包工藝的企業(yè)也開始采用擠包工藝生產(chǎn)絕緣管型母線。到目前為止，國內(nèi)生產(chǎn)絕緣管型母線的企業(yè)有三十多家，采用的生產(chǎn)工藝有澆注、繞包和擠包三種，他們采用的絕緣材料分別是環(huán)氧樹脂、聚脂薄膜或聚四氟乙烯帶涂硅油復(fù)合絕緣、三元乙丙橡膠或硅橡膠。4. 各種型式的絕緣管型母線目前，國內(nèi)生產(chǎn)的幾種型式的絕緣管型母線，其整體和局部的結(jié)構(gòu)、各部分使用的材料、生產(chǎn)工藝過程和生產(chǎn)設(shè)備等各方面均有較大差異，以下作簡要介紹。4.1. 澆注式絕緣管型母線4.1.1. 結(jié)構(gòu)及材料a) 本體及其結(jié)構(gòu)如圖1所示:金屬管采用銅或者鋁管；

10、金屬屏蔽層和絕緣屏蔽層采用非金屬半導(dǎo)電材料；絕緣層采用環(huán)氧樹脂；金屬屏蔽層采用銅絲網(wǎng)；外護(hù)套采用熱縮管和不銹鋼b) 中間接頭如圖2所示圖.2 絕緣管型母線中間接頭導(dǎo)體連接采用銅帶軟連接，外部是預(yù)制的絕緣套筒，絕緣套管有環(huán)氧樹脂絕緣層，內(nèi)外非金屬半導(dǎo)電屏蔽層，金屬屏蔽層和外護(hù)套。4.1.2. 制造工藝及主要設(shè)備a) 按工程需要將金屬管切割、彎曲成型；b) 繞非金屬屏蔽層、絕緣紙，敷金屬屏蔽層和外護(hù)套熱縮管；c) 抽真空環(huán)氧樹脂澆注；d) 環(huán)氧樹脂烘烤固化。生產(chǎn)環(huán)氧樹脂絕緣管型母線的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備要求較高，除了管母加工設(shè)備和繞制設(shè)備之外，還必須有環(huán)氧樹脂真空澆注機(jī)和大型烘烤爐等重要設(shè)備。4

11、.2. 繞包式絕緣管型母線4.2.1. 結(jié)構(gòu)及材料a) 本體其結(jié)構(gòu)如圖.3所示。圖.3 繞包式絕緣管型母線本體金屬管；電容屏蔽絕緣層;多層聚酯或聚四氟乙烯薄膜和一層鋁箔相間組成；金屬屏蔽層：銅帶；外護(hù)套：熱縮管。有些制造廠在金屬屏蔽層與外護(hù)套之間增加外絕緣層，其材料為熱縮管。b) 中間接頭中間接頭分為兩種，一種是半絕緣，導(dǎo)體連接為軟連接，絕緣為熱縮管，另一種是全絕緣，有的采用預(yù)制環(huán)氧樹脂筒，有的采用絕緣帶現(xiàn)場繞包。4.2.2. 制造工藝及主要設(shè)備e) 金屬管切割彎曲成型；f) 繞包絕緣及電容屏蔽層；g) 敷金屬屏蔽層和外護(hù)套；以上加工不需要特別的加工設(shè)備，生產(chǎn)門檻較低。4.3. 擠包式絕緣管型

12、母線4.3.1. 結(jié)構(gòu)與材料其本體與中間接頭的結(jié)構(gòu)形式與澆注式絕緣管型母線基本上一致，主要是絕緣材料不同。有兩種不同的絕緣材料，一種是三元乙丙橡膠，其內(nèi)外屏蔽層采用非金屬半導(dǎo)電材料；另一種是硅橡膠，其內(nèi)外屏蔽層也采用非金屬半導(dǎo)電材料。其它結(jié)構(gòu)與澆注式大同小異。4.3.2. 制造工藝及主要設(shè)備擠包式絕緣管型母線的制造過程主要如下：a) 母線直線段制造：在此過程主要是擠包。硅橡膠絕緣采用單層擠包，三元乙丙橡膠絕緣采取絕緣及內(nèi)外屏蔽層三層共擠；b) 母線切割彎曲成型；c) 母線端部加工。因此，擠包絕緣管型母線的生產(chǎn)除需要常規(guī)生產(chǎn)絕緣管型母線的設(shè)備外，還要有絕緣擠包設(shè)備。5. 國內(nèi)絕緣母線的應(yīng)用狀況前

13、面介紹過，絕緣管型母線在歐洲已經(jīng)生產(chǎn)和使用了三十多年，有較為豐富的制造和運行經(jīng)驗。在國內(nèi)，近十年來，絕緣管型母線生產(chǎn)企業(yè)一方面引進(jìn)技術(shù)，一方面積極開拓研究新型絕緣管型母線以推動行業(yè)迅速發(fā)展，生產(chǎn)水平和能力不斷提高。目前，國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的絕緣管型母線存在著澆注式、繞包式和擠包式三種型式。隨著國產(chǎn)絕緣管型母線的發(fā)展，國產(chǎn)母線在國內(nèi)和國外的應(yīng)用范圍越來越廣泛。在國內(nèi)應(yīng)用的行業(yè)有電網(wǎng)系統(tǒng)、發(fā)電行業(yè)、鋼鐵煤炭、石油化工和光伏發(fā)電等。據(jù)不完全統(tǒng)計，2014年國內(nèi)各行業(yè)使用的絕緣管型母線總長度接近20萬米，其市場銷售額約9億元人民幣。另外，國產(chǎn)絕緣管型母線也出口銷往金磚國家、東南亞國家及韓國，并且，國產(chǎn)絕緣管

14、型母線在國內(nèi)外市場的需求還在不斷增長，有很好的發(fā)展勢頭。十年來，絕緣管型母線的使用領(lǐng)域越來越廣，數(shù)量也越來越多，并且有較好的發(fā)展勢頭。但是，絕緣管型母線也發(fā)生過許多故障，并且有繼續(xù)增加的可能性。在部分省和地區(qū)，已經(jīng)開始限制部分劣質(zhì)的絕緣管型母線的使用，部分行業(yè)也開始限制某些型式的絕緣管型母線使用。據(jù)不完全調(diào)查，十多年來，絕緣管型母線發(fā)生過如下常見故障類型：（1）絕緣管型母線終端與設(shè)備連接處嚴(yán)重發(fā)熱；（2）母線絕緣擊穿；（3）中間接頭絕緣擊穿；（4）絕緣管型母線終端絕緣擊穿；（5）金屬屏蔽層接地線熔斷；（6）母線熱脹冷縮，基礎(chǔ)沉降造成母線變形。6. 絕緣管型母線有待改進(jìn)的地方與存在的問題絕緣管型

15、母線在國內(nèi)生產(chǎn)使用已經(jīng)十多年，取得了一定的經(jīng)驗，已經(jīng)發(fā)展為一個行業(yè)。為使絕緣管型母線的生產(chǎn)使用進(jìn)一步發(fā)展，需要對母線的技術(shù)研究、行業(yè)管理和標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行完善，作進(jìn)一步提升。6.1. 母線有待進(jìn)一步研究的技術(shù)問題絕緣管型母線生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，除了澆鑄式的生產(chǎn)技術(shù)是引進(jìn)德國的，繞包式和擠包式是借鑒穿墻套管、中壓單芯電纜和共箱母線的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展起來的。各個制造廠技術(shù)研究差異較大，行業(yè)技術(shù)沒有形成合力，整體水平需要提高。在今后應(yīng)加強(qiáng)如下工作：（1）加強(qiáng)行業(yè)的技術(shù)研究與交流；（2）進(jìn)一步加深技術(shù)問題的研究；（3）改進(jìn)生產(chǎn)工藝研究。6.1.1. 加強(qiáng)行業(yè)的技術(shù)研究與交流在過去，一種新產(chǎn)品的研發(fā)過程投入較大，

16、技術(shù)研究較為成熟才投入產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。例如，當(dāng)研制國產(chǎn)封閉母線時，有多個設(shè)計院、大專院校和兩家企業(yè)進(jìn)行合作研究，對封閉母線的使用條件、電磁、熱學(xué)、力學(xué)等基礎(chǔ)問題、基本型式、外形尺寸優(yōu)化、端部處理等都進(jìn)行多年深入研究，在這樣的條件下，國產(chǎn)封閉母線使用效果很好，現(xiàn)已經(jīng)歷三十多年的考驗。國產(chǎn)絕緣管型母線研究投入不足，今后應(yīng)補(bǔ)這一課，加強(qiáng)行業(yè)的技術(shù)研究與交流。6.1.2. 進(jìn)一步加深技術(shù)細(xì)節(jié)問題的研究有的企業(yè)對絕緣管型母線的一些經(jīng)常遇到的基本問題還不是很清楚，如母線的金屬屏蔽層，也稱為地屏，地屏需接地，但地屏應(yīng)采用多大截面，如何接地，接地線截面積應(yīng)多大？有些制造企業(yè)對地屏的作用和運行時的工作原則沒有透

17、徹的了解，像這樣的技術(shù)問題還很多，應(yīng)加深研究，系統(tǒng)全面解決。6.1.3. 改進(jìn)生產(chǎn)工藝研究絕緣管型母線具有如下特性：1)通過電流大，2)是絕緣母線，3）屬硬母線。參見其它匯流母線的制造，以下部分是母線多發(fā)病的關(guān)鍵點。（1）導(dǎo)體的連接由于母線載流量大，導(dǎo)體連接處的接觸電阻大，會發(fā)熱，應(yīng)有足夠的導(dǎo)體連接面積，應(yīng)適當(dāng)選擇導(dǎo)體連接接觸面的鍍層和涂料，可靠的采用螺栓連接或壓接。（2）母線的絕緣絕緣管型母線系統(tǒng)的絕緣是很復(fù)雜的，包含母線本體、中間接頭、三通、終端及與避雷器連接處的絕緣等。要研究生產(chǎn)的絕緣管型母線在現(xiàn)場安裝后各部分絕緣均無缺陷，并能保護(hù)長期運行的母線絕緣保持完善。（3）母線的機(jī)械強(qiáng)度絕緣管型

18、母線系統(tǒng)應(yīng)研究在設(shè)計、生產(chǎn)中對溫度變化和基礎(chǔ)沉降的補(bǔ)償裝置，對短路電動力、地震力、和風(fēng)壓作用下母線相間距離及支架設(shè)置，以及防止機(jī)械外力損壞的措施。6.2. 絕緣管型母線的生產(chǎn)行業(yè)存在的問題十多年來，許多企業(yè)在努力研究制造技術(shù)，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)管理是國產(chǎn)絕緣管型母線質(zhì)量有了長足進(jìn)步，也存在一些企業(yè)沒有認(rèn)真研究掌握絕緣管型母線的生產(chǎn)技術(shù)，不是采用科學(xué)的態(tài)度，盲目生產(chǎn)，影響了行業(yè)的健康發(fā)展，主要表現(xiàn)在以下幾個方面，應(yīng)加以糾正。（1）作坊式生產(chǎn)某些小企業(yè)生產(chǎn)母線的水平很低，在沒有像樣的檢測設(shè)備和技術(shù)人員的情況下，工人就在一個簡陋的廠家內(nèi)用很簡單的工具手工繞制絕緣加工母線，產(chǎn)品的質(zhì)量不可能有保證。（2

19、）推出不科學(xué)的產(chǎn)品絕緣管型母線在額定電壓和電流及其它條件均應(yīng)有其適用范圍，超出范圍，在運行可靠性和經(jīng)濟(jì)性上均會產(chǎn)生問題。某些制造企業(yè)在產(chǎn)品樣本上推出額定電壓126kv、252kv、363kv及550kv的產(chǎn)品，另外推出額定電流15000a、20000a、30000a，動熱穩(wěn)定電流分別為200ka和80ka的產(chǎn)品，這樣缺乏科學(xué)依據(jù)，夸大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。（3）市場低價競爭不同型式的絕緣管型母線在生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量方面存在著很大差異。嚴(yán)格質(zhì)量正規(guī)程序生產(chǎn)出來的與作坊式生產(chǎn)出來的產(chǎn)品在質(zhì)量上和生產(chǎn)成本上差別很大，這樣，不同產(chǎn)品參加市場競爭，低價中標(biāo)對優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品不利。還有一些制造企業(yè)推出銅包鋁管母替代銅管母的產(chǎn)品，在行業(yè)內(nèi)低價競爭，影響行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的提高。7. 關(guān)于絕緣管型母線的建議7.