項目四 載流導體的運行與維護

內(nèi)容提要：母線是發(fā)電機、變壓器、配電裝置以及各種電器設備連接的導體，處于配電裝置的中心環(huán)節(jié)，作用重要。本任務要求根據(jù)工程項目的具體情況合理選擇母線材料、截面形狀及布置方式；正確的進行安裝與維護，以確保母線安全可靠和經(jīng)濟運行。項目名稱載流導體的運行與維護載流導體的運行與維護母線

母線：在發(fā)電廠和變電站的各級電壓配電裝置中，將發(fā)電機、變壓器等大型電氣設備與各種電器裝置連接的導體。母線的作用：匯集、分配和傳送電能。

母線的概念與作用母線母線包括：一次設備部分的主母線和設備連接線；

站用電部分的交流母線；直流系統(tǒng)的直流母線；二次部分的小母線等；1.使用材料分類

銅母線

銅具有導電率高、機械強度高、耐腐蝕等優(yōu)點，但在工業(yè)上有很多重要用途，而且產(chǎn)量少，價格貴，故主要用在易腐蝕的地區(qū)（如化工廠附近或沿海地區(qū)等）。

母線的結(jié)構(gòu)類型—敞露母線1.使用材料分類

鋁的導電率僅次于銅，且質(zhì)輕、價廉、產(chǎn)量高，在屋內(nèi)和屋外配電裝置中廣泛采用。母線的結(jié)構(gòu)類型—敞露母線鋁母線鋁合金母線

有鋁錳合金和鋁鎂合金兩種。鋁錳合金母線載流量大，但強度較差，采用一定的補強措施后可廣泛使用；鋁鎂合金母線機械強度大，但載流量小，焊接困難，使用范圍較小。

鋼母線

鋼的機械強度大，但導電性差，僅用在高壓小容量電路（如電壓互感器回路以及小容量廠用、所用變壓器的高壓側(cè)）、工作電流不大于200A的低壓電路、直流電路以及接地裝置回路中。

母線的結(jié)構(gòu)類型2.按截面形狀分類（1）矩形截面母線

常用在35kV及以下、持續(xù)工作電流在4000A及以下的屋內(nèi)配電裝置中。散熱條件好，集膚效應小，安裝簡單，連接方便。當工作電流超過最大截面的單條母線之允許電流時，每相可用兩條或三條矩形母線固定在支持絕緣子上，每相矩形母線的條數(shù)不宜超過三條

2.按截面形狀分類（2）圓形截面母線

用在110kV及以上的戶外配電裝置中以防止發(fā)生電暈現(xiàn)象。（3）槽形截面母線

常用在35kV及以下，持續(xù)工作電流在4000～8000A的配電裝置中。優(yōu)點：電流分布均勻，集膚效應小、冷卻條件好、金屬材料的利用率高、機械強度高。2.按截面形狀分類（4）管形截面母線

常用在35kV及以下，持續(xù)工作電流在4000～8000A的配電裝置中。優(yōu)點：電流分布均勻，集膚效應小、冷卻條件好、金屬材料的利用率高、機械強度高。2.按截面形狀分類（5）絞線圓形軟母線

鋼芯鋁絞線由多股鋁線繞單股或多股鋼線的外層構(gòu)成，一般用于35kV及以上屋外配電裝置中。組合導線由多根鋁絞線固定在套環(huán)上組合而成，用于發(fā)電機與屋內(nèi)配電裝置或屋外主變壓器之間的連接。（二）封閉母線

用外殼將母線封閉起來，用于單機容量在200MW以上的大型發(fā)電機組、發(fā)電機與變壓器之間的連接線以及廠用電源和電壓互感器等分支線。塑料外殼母線和金屬外殼母線母線的結(jié)構(gòu)類型1.封閉母線的結(jié)構(gòu)類型（1）按外殼材料分（二）封閉母線

母線的結(jié)構(gòu)類型1.封閉母線的結(jié)構(gòu)類型（2）按外殼與母線間的結(jié)構(gòu)形式分

1）不隔相式封閉母線

2）隔相式封閉母線

3）分相封閉式母線（二）封閉母線

三相母線設在沒有相間板的公共外殼內(nèi)，只能防止絕緣子免受污染和外物所造成的母線短路，而不能消除發(fā)生相間短路的可能性，也不能減少相間電動力和鋼構(gòu)的發(fā)熱。母線的結(jié)構(gòu)類型

1）不隔相式封閉母線（二）封閉母線

三相母線設在相間有金屬（或絕緣）隔板的金屬外殼之內(nèi)，可較好地防止相間故障，在一定程度上減少母線電動力和周圍鋼構(gòu)的發(fā)熱，但是仍然可能發(fā)生因單相接地而燒穿相間隔板造成相間短路的故障。母線的結(jié)構(gòu)類型2）隔相式封閉母線（二）封閉母線

每相導體分別用單獨的鋁制圓形外殼封閉。根據(jù)金屬外殼各段的連接方法，又可分為分段絕緣式和全連式兩種。母線的結(jié)構(gòu)類型3）分相封閉式母線2.全連式分相封閉母線的基本結(jié)構(gòu)（1）載流導體（2）支柱絕緣子（3）保護外殼（4）伸縮補償裝置（5）密封隔斷裝置母線的結(jié)構(gòu)類型2.全連式分相封閉母線的基本結(jié)構(gòu)（1）載流導體

一般用鋁制成，采用空心結(jié)構(gòu)以減小集膚效應。當電流很大時可采用水內(nèi)冷圓管母線。母線的結(jié)構(gòu)類型（2）支柱絕緣子

采用多棱邊式結(jié)構(gòu)以加長漏電距離，每個支持點可采用一個至四個絕緣子支持。一般采用三個絕緣子支持的結(jié)構(gòu)，具有受力好、安裝檢修方便、可采用輕型絕緣子等優(yōu)點。2.全連式分相封閉母線的基本結(jié)構(gòu)（3）保護外殼

由5～8毫米的鋁板制成圓管形，在外殼上設置檢修與觀察孔。母線的結(jié)構(gòu)類型(4）伸縮補償裝置

在一定長度范圍內(nèi)設置焊接的伸縮補償裝置；在與設備連接處適當部位設置螺栓伸縮補償裝置。2.全連式分相封閉母線的基本結(jié)構(gòu)（5）密封隔斷裝置

封閉母線靠近發(fā)電機端及主變壓器接線端和廠用高壓變壓器接線端，采用大口徑絕緣板作為密封隔斷裝置，并用橡膠圈密封，以保證區(qū)內(nèi)的密封維持微正壓運行的需要。母線的結(jié)構(gòu)類型3.全連式分相封閉母線的特點優(yōu)點：（1）運行安全、可靠性高（2）母線附近鋼構(gòu)中的損耗和發(fā)熱顯著減?。?）短路時母線之間的電動力大為減?。?）母線的載流量可做到很大缺點：（1）有色金屬消耗約增加—倍。（2）外殼產(chǎn)生損耗，母線功率損耗增加—倍。（3）相同截面母線載流量減小。

各相的外殼相互分開，母線封閉于外殼中，不受自然環(huán)境和外物的影響，能防止相間短路，同時外殼多點接地，保證了人員接觸外殼的安全。

三相外殼短接，鋁殼電阻很小，外殼上感應產(chǎn)生與母線電流大小相近而方向相反的環(huán)流，環(huán)流的屏蔽作用使殼外磁場減小到敞露母線的10%以下，殼外鋼構(gòu)發(fā)熱可忽略不計。

當母線通過三相短路電流時，由一相電流產(chǎn)生的磁場，經(jīng)其外殼環(huán)流屏蔽削弱后所剩余的磁場再進入別相外殼時，還將受到該相外殼渦流的屏蔽作用，使進入殼內(nèi)磁場明顯減弱，作用于該相母線電動力一般可減小到敞露母線電動力的1/4左右。同時，各殼間電動力也減小很多。母線和外殼可兼作強迫冷卻的管道。母線的結(jié)構(gòu)類型（三）絕緣母線

由導體、環(huán)氧樹脂漬紙絕緣、地屏、端屏、端部法蘭和接線端子構(gòu)成，最適用于緊湊型變電站、地下變電所及地鐵用變電站，占地面積減少，運行可靠。

母線的結(jié)構(gòu)類型（三）絕緣母線主要優(yōu)點

絕緣母線尤其是絕緣銅管母線作為矩形母線的替代產(chǎn)品具有以下特點：（1）載流量大。絕緣銅管母線的主體為空心銅管或鋁合金管，表面積大，相對常規(guī)矩形母線，其導體表面電流密度分布均勻，最高額定電流可達12000A。母線的結(jié)構(gòu)類型（2）絕緣性能好。絕緣銅管母線采用密封屏蔽絕緣方式，外殼接地電位為零，母線表面電場分布均勻，電氣絕緣性能強。可以直接通過電纜溝和電纜夾層。（3）機械強度高。絕緣銅管母線主體允許應力為矩形母線的4倍，可承受的短路電流大，機械強度高，使得母線支撐跨距最大可達8m。（4）散熱好、溫升低。絕緣銅管母線為空心導體，母線兩端開有通風孔，內(nèi)徑風道能自然形成熱空氣對流，散熱條件相比常規(guī)母線要好。（5）損耗低。絕緣銅管母線的外形決定了其表面集膚效應系數(shù)低，KF<1，交流電阻小，因而母線的功率損失小。母線的絕緣層的介質(zhì)損耗低于0.01%。（6）絕緣材料耐熱系數(shù)高。絕緣母線的主絕緣材料為聚四氟乙烯，有優(yōu)良的電氣性能和化學穩(wěn)定性，可在正常工作，介質(zhì)損耗小、阻燃、耐老化。配合其他絕緣材料，產(chǎn)品的使用壽命不小于30年。（7）抗電氣震動能力強。動穩(wěn)定試驗結(jié)果表明，電壓10kV、額定電流4000A的絕緣銅管母線，可承受63kA（持續(xù)時間4s）短路電流沖擊。其可以直接將母線固定在鋼構(gòu)架上或混凝土支架上，取消穿墻套管和支柱絕緣子，具有較強的抗震動能力。（8）不受環(huán)境干擾，可靠性高。絕緣銅管母線的每相是封閉屏蔽絕緣，內(nèi)部無凝露產(chǎn)生，且消除了外界潮氣、灰塵以及外物所引起的接地和相間短路故障，運行具有高度的可靠性。（9）母線架構(gòu)簡明、布置清晰、安裝方便、維護工作量少。產(chǎn)品一次安裝成功，終身免維護。在國外，此類產(chǎn)品已經(jīng)有幾十年的運行歷史和經(jīng)驗，而國內(nèi)由于進入此領域時間較短，以及技術(shù)研發(fā)能力、絕緣材料的局限等多方面原因，目前生產(chǎn)、應用主要集中在0.4～35kV電壓等級的產(chǎn)品。35kV以上應用實例較少。本節(jié)結(jié)束THANKYOUFORYOURATTENTION

載流導體的運行與維護母線的布置母線的布置1.母線的布置（1）水平布置豎放式：散熱條件好，母線的額定允許電流較其他放置方式要大，但機械強度不是很好。平放式：載流量不大，機械強度較高。三相母線固定在支持絕緣子上，具有同一高度。母線的布置1.母線的布置（2）垂直布置三相母線分層安裝，采用豎放式垂直布置，散熱性強，機械強度和絕緣能力較高。母線的布置1.母線的布置（3）槽形母線布置

槽形母線均采用豎放式，每相均由兩條相同母線之間每隔一段距離用焊接片進行連接，構(gòu)成一個整體。母線的布置1.母線的布置（4）軟母線的布置

一般為三相水平布置，用絕緣子懸掛。2.母線的相序排列要求（1）上、下布置的交流母線，由上到下排列為U、V、W相；直流母線正極在上，負極在下。（2）水平布置的交流母線，由盤后向盤面排列U、V、W相；直流母線正極在后，負極在前。（3）引下線的交流母線，由左到右排列為U、V、W相；直流母線正極在左，負極在前右。母線的布置3.母線的著色（1）三相交流母線：U相—黃色，V相—綠色，W相—紅色。（2）單相交流母線：從三相母線分支來的應與引出相顏色相同（3）直流母線：正極—赭色，負極—藍色。（4）直流均衡匯流母線及交流中性匯流母線：不接地者—紫色，接地者—紫色帶黑色橫條軟母線因受溫度影響而伸縮較大以及各股絞線常有相對扭動都會破壞著色層，故不需著色。母線的布置本節(jié)結(jié)束THANKYOUFORYOURATTENTION母線的選擇載流導體的運行與維護母線選擇的一般項目

◆母線材料、類型和布置方式

◆

導體截面

◆

熱穩(wěn)定

◆

動穩(wěn)定

◆

對于110kV以上母線要進行電暈的校驗

◆

對重要回路的母線還要進行共振頻率的校驗

按最大長期工作電流選擇

母線長期發(fā)熱的允許電流

，應不小于所在回路的最大長期工作電流

按經(jīng)濟電流密度選擇

使年綜合費用最小時所對應的母線截面稱為母線的經(jīng)濟截面，對應的電流密度稱為經(jīng)濟電流密度。母線截面選擇按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面時由下式計算母線截面選擇—通過導體的最大工作電流（A）；—經(jīng)濟電流密度，A/mm2

按正常電流及經(jīng)濟電流密度選出母線截面后，還應按熱穩(wěn)定校驗。按熱穩(wěn)定要求的導體最小截面為母線熱穩(wěn)定校驗

各種形狀的母線通常都安裝在支持絕緣子上，當沖擊電流通過母線時，電動力將使母線產(chǎn)生彎曲應力，因此必須校驗母線的動穩(wěn)定性。

安裝在同一平面內(nèi)的三相母線，其中間相受力最大，即母線動穩(wěn)定校驗

當母線受電動力作用時，可以將母線看成一個多跨距載荷分布均勻的梁。母線動穩(wěn)定校驗

當跨距段在兩段以上時，其最大彎曲力矩為

當只有兩段跨距時，則母線材料在彎曲時最大相間計算應力為

式中

—母線對垂直于作用力方向軸的截面系數(shù)，又稱抗彎矩（m3），其值與母線截面形狀及布置方式有關(guān)。

母線動穩(wěn)定校驗

抗彎矩（m3），其值與母線截面形狀及布置方式有關(guān)。

母線動穩(wěn)定校驗要想保證母線不致彎曲變形而遭到破壞，必須使母線的計算應力不超過母線的允許應力，即母線的動穩(wěn)定性校驗條件為。案例剖析

查手冊選用截面為2×

(80×8)=1280mm2的矩形母線。按導體平放，其Ial=1858A(25℃)，Kf=1.27，截面系數(shù)W=bh2/3

解

(1)按經(jīng)濟電流密度選擇母線截面。根據(jù)Tmax=3200h查得J=1.06(A/mm2)，求得母線經(jīng)濟截面：

滿足母線正常發(fā)熱要求。

(2)校驗母線熱穩(wěn)定

短路前母線工作溫度

查表得C＝92，滿足熱穩(wěn)定要求的母線最小截面

所選截面S=2×80×8=1280mm2>214.8mm2，滿足要求。

(3)校驗母線動穩(wěn)定

結(jié)論：可不考慮母線共振問題?？紤]母線共振影響導線斷面二次矩導體（母線）固有頻率m4

(3)校驗母線動穩(wěn)定

顯然計算應力

小于允許應力

，滿足動穩(wěn)定要求截面系數(shù)

根據(jù)額定電壓(10.5kV)和屋內(nèi)裝設的要求，選用ZB-10Y型支柱絕緣子，其抗彎破壞負荷Fp=3677N。作用在絕緣子上的電動力

因母線為兩片平放，此時F′=F，

滿足動穩(wěn)定要求。（4）母線支柱絕緣子選擇本節(jié)結(jié)束THANKYOUFORYOURATTENTION載流導體的運行與維護電纜的選擇電纜概述

電纜的基本結(jié)構(gòu)包括導電芯、絕緣層、鉛包（或鋁包）和保護層幾個部分。供配電系統(tǒng)中常用的電力電纜，按其纜芯材料分為銅芯和鋁芯兩大類。按其采用的絕緣介質(zhì)分油浸紙絕緣和塑料絕緣兩大類。電纜制造成本高，投資大，但是具有運行可靠、不易受外界影響、不需架設電桿、不占地面、不礙觀瞻等優(yōu)點。1.按結(jié)構(gòu)類型選擇電纜（即選擇電纜的型號）

根據(jù)電纜的用途、電纜敷設的方法和場所，選擇電纜的芯數(shù)、芯線的材料、絕緣的種類、保護層的結(jié)構(gòu)以及電纜的其它特征，最后確定電纜的型號。常用的電力電纜有油浸紙絕緣電纜、塑料絕緣電纜和橡膠電纜等。電纜的選擇2.按額定電壓選擇

可按照電纜的額定電壓

不低于敷設地點電網(wǎng)額定電壓

的條件選擇，即電纜的選擇電纜的選擇3.電纜截面的選擇

一般根據(jù)最大長期工作電流選擇，但是對有些回路，如發(fā)電機、變壓器回路，其年最大負荷利用小時數(shù)超過5000h，且長度超過20m時，應按經(jīng)濟電流密度來選擇。電纜的選擇3.電纜截面的選擇（1）按最大長期工作電流選擇

電纜長期發(fā)熱的允許電流

，應不小于所在回路的最大長期工作電流

，即電纜的選擇（2）按經(jīng)濟電流密度選擇

按經(jīng)濟電流密度選擇電纜截面，依據(jù)下式計算電纜的選擇（2）按經(jīng)濟電流密度選擇

按經(jīng)濟電流密度選出的電纜，還必須按最大長期工作電流校驗。按經(jīng)濟電流密度選出的電纜，還應決定經(jīng)濟合理的電纜根數(shù)，截面S≤150mm2時，其經(jīng)濟根數(shù)為一根。當截面大于150mm2時，其經(jīng)濟根數(shù)可按S/150決定。熱穩(wěn)定校驗

電纜截面熱穩(wěn)定的校驗方法與母線熱穩(wěn)定校驗方法相同。滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面可按下式求得

C—與電纜材料及允許發(fā)熱有關(guān)的系數(shù)。熱穩(wěn)定校驗驗算電纜熱穩(wěn)定的短路點按下列情況確定:（1）單根無中間接頭電纜，選電纜末端短路；長度小于200m的電纜，可選電纜首端短路。（2）有中間接頭的電纜，短路點選擇在第一個中間接頭處。（3）無中間接頭的并列連接電纜，短路點選在并列點后。電壓損失校驗

正常運行時，電纜的電壓損失應不大于額定電壓的5%，即式中

—電纜截面（mm2）

ρ—電纜導體的電阻率，鋁芯ρ=0.035Ωmm2/m（50℃）；銅芯ρ=0.0206Ωmm2/m（50℃）?！纠磕匙冸娝?0kV電壓母線用雙回電纜線路向一重要用戶供電，用戶最大負荷5400kW，功率因數(shù)

，最大負荷利用小時數(shù)為5200h/年，當一回電纜線路故障時，要求另一回仍能供給80%的最大負荷。線路直埋地下，長度為1200m，電纜凈距為200mm，土壤溫度為10℃，熱阻系數(shù)

，短路電流

，

，

，短路切除時間為2s，試選擇該電纜。

案例剖析解：正常情況下每回路的最大持續(xù)工作電流為

根據(jù)最大負荷利用小時數(shù)查表得

直接埋地敷設一般選用鋼帶鎧裝電纜，每回路選用兩根三芯油浸紙絕緣鋁芯鋁包鎧裝防腐電纜，每根允許載流量為

，最高允許溫度為60，額定環(huán)境溫度為25

短路熱效應

滿足熱穩(wěn)定要求的最小截面：電壓損失校驗根據(jù)上述計算，所選電纜滿足要求。本節(jié)結(jié)束THANKYOUFORYOURATTENTION絕緣子的選擇

載流導體的運行與維護絕緣子簡介絕緣子俗稱為絕緣瓷瓶,它廣泛地應用在發(fā)電廠和變電所的配電裝置、變壓器、各種電器以及輸電線之中。用來支持和固定裸載流導體，并使裸導體與地絕緣,或者用于使裝置和電氣設備中處在不同電位的載流導體間相互絕緣。因此,要求絕緣子必須具有足夠的電氣絕緣強度、機械強度、耐熱性和防潮性等等。絕緣子按安裝地點,可分為戶內(nèi)(屋內(nèi))式和戶外(屋外)式兩種。按結(jié)構(gòu)用途可分為支持絕緣子和套管絕緣子。戶內(nèi)支柱絕緣子戶內(nèi)式支柱絕緣子廣泛應用在3~110kV各種電壓等級的電網(wǎng)中。1—磁體；2—鑄鐵底座；3—鑄鐵帽；4—水泥膠合劑；5—鑄鐵配件；6—螺孔

戶外式支柱絕緣子