管型母线的特点及其在变电站的应用

陈志彬　袁志坚　朱遂松

摘要：管型母线的出现引起了各国电力系统的重视，应用范围也不断扩展，但是我国管型母线在变电站中的实际应用仍然存在一些问题。文章分析了管型母线的特点，介绍了变电站配电装置的相关内容，并对管型母线的选择计算进行了探讨。

关键词：管型母线；变电站；电力系统；输变电系统；电力设备 文献标识码：A

中图分类号：TM645 文章编号：1009-2374（2017）03-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.016

作为我国输变电系统及电力设备连接中的重要导体，管型母线的重要作用受到愈来愈多的关注与重视。管型母线的出现代替了传统的矩形、棒性母线，是一种全新的导体，也是电力输变系统中的关键设备，对于维护输电系统及电力设备的安全运行具有十分重要的意义。管型母线充分利用同轴电容的原理，通过仿真计算等手段，优化各种参数，并采用特殊的制造工艺，生产出的全绝缘性母线连接系统。总之，管型母线被广泛应用于我国的变电站实践过程中。下面笔者将对管型母线的特点、优势及其在变电站中的实际情况进行探讨。

1 变电站配电装置特点概述

管型母线具有如下特点：管型母线是由绝缘母线、屏蔽筒、母线托架、固定金具、增爬器等组成的，采用螺锥式的连接方式，安全可靠，检修也十分方便。与传统的母线相比，管型母线的载流量较大，导体平面的电流分布相对均匀。管型母线的集肤效应较低，功率损失的较小，电量的利用率较高。同时，管型母线的散热条件较好，电气性能好。绝缘材料的耐热系数较高，产品的使用寿命平均在40年左右，抗震能力强，不容易受外界的干扰。总之，管型母线的优势是十分明显的。

管型母线的应用使得户外配电装置更为美观，构建也更为简单，布置清晰，因此受到国内外配电厂的青睐。就目前来说，户外配电装置主要有以下几类：500kV配电装置、220kV配电装置以及110kV配电装置等。在本文中，笔者将对220kV配电装置进行分析与探讨。配电装置多采用硬母线中型、半高型以及高型布置等，母线相间的距离可以等于最小相间距离2m的值，如果加铝管，直径可以再加大取整。但是，考虑到后期的母线维修，可以将母线相间距离设定为3m。母线布置的形式可以分为两种：悬挂式布置和支持型布置。前者采用微型斜挂的形式，提高母线的抗震性能，绝缘子串的数量要增加一些。而后者的支架则相对简单，在高度降低的情况下，水平受力就会相应的减少。但是母线的抗震性不高，带电作业的难度较大。总之，不同的母线布置形式作用不同，工作人员要根据实际情况加以

选择。

2 管型母线的选择计算

管型母线的选择是一项相对复杂的任务，笔者将从母线的选材、强度与挠度、防止微风震动措施以及母线的维护方面对悬挂式管型母线的选择计算进行探讨。

2.1 母线选材

过去，变电站母线多采用纯铝管材质，但是纯铝管的强度较低，使用率不高。随着技术的进步，当前可以用作铝管母线生产的合金有铝锰合金和铝镁两种，并且多采用冷拔工艺成型。

由上表中可以看出，铝锰合金的导电率较高，而且容易焊接。因此，选用铝锰合金管型母线是十分必

要的。

除此之外，目前选材过程中还要充分考虑导线载流量的因素。下面笔者将对各国导线载流量计算时所采取的参数进行分析与探讨。

上表中的环境温度指的是空气的湿度，一般指的是离地2m高且没有阳光照射处的温度。在计算铝管母线的载流量时，应该努力分析和探索环境温度与铝管母线之间的关系，明确什么情况下铝管母线的消耗最低，由此確定最为合理的环境温度。利用某一地区的极端最高温来计算铝管母线的载流量，可靠性较高，但是母线的截面也会增大。就我国来说，在夏季最热月中有一大部分的时间最高气温的持续时间会达到7～8小时，这种气温下铝管母线的寿命会大大缩短。在本次实践过程中，笔者采用某一气象站提供的十年间最热月的最高平均气温37.6℃作为铝管母线的载流量进行计算。

2.2 母线的强度与挠度

在管母线的配电装置中，管型母线除了要承担必要的载流功能之外，还要承受一定的结构支持受力，在多种情况的交织下母线结构计算的难度会进一步加大。一般来说，惯性母线的强度与挠度的计算主要包括以下三个方面的工作：第一，自动频率计算。母线自动频率的高低与母线短路点动力的大小有着直接的关系，而自动频率则会受到跨距、材料刚度、支撑安装形式等各方面因素的影响。管型母线的微风振动指的是当稳定的微风垂直于母线水平吹来时，母线会发生上下交替振动。工作人员先要测算母线的各阶自振频率，并校验微风振动的风速，并根据地形特点分析是否可能会发生微风振动。当风速小于6m/s，工作人员可以消除微风振动措施；第二，强度校验。要根据荷载组合的具体情况，先计算其内应力的大小，之后根据安全系数来校验强度。在计算荷载时，工作人员要按照荷载组合条件（正常情况、短路情况、地震情况）来计算个状态下的导体水平及垂直弯距，从而进行强度校验；第三，挠度计算。如果管型管线的挠度过大，会影响变电站配电装置的美观性，也会影响母线的结构受力情况。

2.3 防止微风振动措施

微风振动会对管型母线的应用产生一定的影响，因此在选择管型母线的过程中，要防止出现微风振动的情况。第一，要在管内加装阻尼线；第二，加装动力消谐器；第三，采用长托架。要高度重视集中荷载的影响，保证阻尼效果。

2.4 母线的后期维护

第一，要注意维护管型母线的灵敏性，保证其能够反映故障的能力；第二，要维护母线的速动性。在发生故障之后，要确保动作迅速，从而保证故障迅速切除，以免造成电力系统失稳，这也是保证电力系统的安全运行。同时要注意二次电流畸变情况，防止出现不利现象；第三，要注意维护母线的可靠性。如果母线保护如果动作，就会跳开母线上的所有开关，母线保护的可靠性会受到影响，也会影响电力系统的安全运行。要提高母线保护的可靠性、安全性，防止出现外部短路的情况。而母线的可信性是指母线在故障时要保证母线保护的可靠动作，防止引动。

对于母线的维护周期，主要参考以下四个方面：第一，对于使用时间在1～3年间的母线，要对其本体及相关物件进行全面的清扫检查，务必拧紧各个部位的螺丝；第二，要根据具体的情况，每隔五年或者十年对母线进行A级检修，在相应位置涂抹凡士林；第三，对于那些灰尘较多的地方，要每年进行彻底清扫；第四，对于那些有过热痕迹倾向的母线，应立即进行停电检修。

管型母线的检修维护主要包括以下六个方面：第一，全面清扫母线及其相关的物件，保证母线表面清洁、光亮，确保所有绝缘件无松动情况；第二，要保证母线光洁平整，不应存在裂纹、变形、歪斜情况。在水平放置时，母线与其上部夹板应该保持1～1.5mm的间隙；在竖向放置时，应该保持1.5～2mm的间隙；第三，要保证母线油漆鲜亮，而接头部分不得涂抹油漆；第四，要防止接头部分接触面发生氧化或者进水；第五，要坚持母线伸缩节与连接部分是否牢固，有无断裂现象；第六，要检查母线接头有无过热、融合等现象发生。检修完毕之后，应该将母线打扫干净，并通知高压试验人员进行测试。

3 结语

总之，相比其他类型的母线来说，管型母线配电装置的占地面积较少，无线电干扰较小。就国内应用的实际情况来看，管型母线配电装置在华东地区的应用起步时间较晚，与国外发达国家相比还有很大的差距。为了推动这种管型母线的应用，工作人员应该进行大量的调研工作，收集相关的材料，从而保证计算结果的准确性，使得管型母线的设计也能更为完善，应用前景更为明朗。

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基金项目：广东电网有限责任公司东莞供电局职工创新项目（GDZC-031920160040）。

作者简介：陈志彬（1983-），男，广东东莞人，广东电网有限责任公司东莞供电局变电检修工（技师），研究方向：电力一次设备检修技能。

（责任编辑：蒋建华）