铁路牵引供电系统绝缘管型母线关键技术与实践

刘大伟 王健 于淼

中国铁路济南局集团有限公司青岛供电段 山东青岛 266000

1 绝缘管型母线的结构与技术特点

目前，国内绝缘管母线制造商在生产工艺和结构形式上存在较大差异。中国水电十局安装的绝缘管汇流排采用了铸造绝缘母线和缠绕绝缘管的方法。母线具有以下结构特点。

1.1 浇注式绝缘管型母线的结构

（1）本体及其结构。如图1所示，母线由内到外由金属管型母线导体、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层和外护套层组成。金属管公共汽车售票员是由铜管或铝合金管、导体屏蔽层和绝缘屏蔽层是由非金属半导体的材料，隔热层是由环氧树脂、金属屏蔽层是由铜网和外护套的热收缩套管。

图1 绝缘管型母线本体结构图

（2）中间接头。如图2所示，导线由铜条软连接，外部为预制绝缘套管。绝缘套管包括环氧树脂绝缘层、内外非金属半导体屏蔽层、金属屏蔽层和外护套。

图2 绝缘管型母线中间接头示意图

1.2 绕包式绝缘管型母线

母线由内到外由金属管母线导体、导体屏蔽绝缘层、金属屏蔽层和外护套组成。金属管母线由铜管或铝合金管构成。电容器屏蔽保温层由多层聚酯或聚四氟乙烯薄膜和一层铝箔组成。金属屏蔽层为铜带，外护套为热缩套。

1.3 主要技术特点

（1）载流能力大，皮肤效应低。绝缘管母线采用空心管导体作为载流导体。一方面导线的横截面积大，另一方面表皮效应低，载流导线利用率高，电流分布比较均匀，单位横截面积的载流能力大。它具有很强的流动能力，因此特别适用于大电流电路。（2）损耗小，散热好，温升低。空心管状导体的结构提高了利用导体一方面，集肤效应系数(Kf≤1)，和减少了交流电阻；另一方面，导体可以通过空心部分的空气循环散热（末端有散热孔），因此温升较低。（3）电气绝缘性能好。所述绝缘管式母线涂有绝缘材料，作为绝缘层具有优异的性能。此外，还有接地屏蔽，相位完全隔离，表面电位为零，内部电场分布均匀，因此电气绝缘性能良好。（4）机械强度高，跨度大。绝缘管汇流排具有较高的机械强度、抗短路能力、抗大跨度弯曲和冲击能力，可以减少对母线所需的柱式绝缘子、配件及其他相关配件的支撑量。（5）无环境干扰，安全可靠。绝缘管母线采用封闭的绝缘系统，隔离了外部环境中的水分、灰尘、细菌等大部分影响因素，基本消除了相间短路的可能性，可靠性高，可靠性高。工作人员的安全得到保证。（6）环境适应能力强。保温管式母线保温材料具有较高的耐热系数、优良的耐候性和化学稳定性。它可以在室内和室外使用，也可以安装在战壕和隧道。其绝缘性能可靠，适用于恶劣环境。此外，该绝缘管式母线具有排列清晰、结构简单、占地面积小等优点。

2 铁路牵引供电系统绝缘管型母线关键技术与实践案例探讨

2.1 案例概况

高速铁路列车运行速度快、密度高，列车功率可达9600-21560kW，需要增加供电能力。高速铁路采用AT供电方式。铁路牵引变电站的27．5kV侧多采用软芯钢芯铝绞线或27．5kV电缆连接。由于钢芯铝绞线或电缆的最大负载电流约为800A，必须满足。相控电源臂相位大于2000A或牵引变电站27．5kV侧母线电流约为4000A。多导体并联是必要的。多导体的连接器、工艺和安装是可靠运行的薄弱环节。铜管母线或铝合金管母线为空心导体。导体表面电流密度分布均匀，载流能力可达2000-6000A及以上。特别适用于工作电流较大的电路。27．5kV室外软母线、室内硬母线或开关柜母线桥梁及牵引变电站至接触网供电线路采用绝缘铜母线或铝合金母线，可有效解决多导体并联问题。

2.2 关键技术分析

（1）相关标准对照分析。开发或使用27．5kV绝缘管式母线，首先要了解所使用的技术标准和参数。在DL/T1658-2016“35kV及以下固体绝缘管母线”正式实施之前，在配电网中，本产品的测试基本遵循金属密封母线，因此对配电网的金属密封母线、电缆及附件、固体绝缘管母线进行分析。

（2）连接及工艺技术。高压绝缘管母线系统由母线的身体，中间的头，90°弯头，终端头，等等。分为室内和室外终端根据不同的安装位置。考虑到制造工艺和运输，绝缘管式母线本体的跨度一般为7-9m1。中间接头的长度要求大于这个长度，但接头连接成为关键技术，保证接头处电场分布均匀，保证连接。接触区域足以避免发热。绝缘管式母线采用密封、屏蔽绝缘方式，外壳接地电位为零，电场分布均匀，电气绝缘性能强。

2.3 实践方案

（1）导体选择及载流量。高速铁路牵引变电所27．5kv低压侧电流很大，从牵引变压器的低压侧，一般使用多个电缆或多个钢芯铝绞合导线连接在高压室或使用多个汇流与金属封闭母线以来最大电流承载能力的软导线钢芯铝绞线和电缆相对较小，为了满足较大的载流能力，有必要对导线进行并联。若采用27．5kV绝缘管汇流排，则其中只有一根能满足2500A以上的载流能力。

（2）安装方式。目前，铁路牵引变电站27．5kV侧导线有室外安装和室内安装，室外采用软导线，多条导线并联。室外和室内的墙壁穿透需要墙壁到墙壁的外壳。采用27．5kV绝缘管式母线后，可根据不同的安装空间和不同的进、出口线路进行安装。安装方法灵活，可倒装、直立安装、梁柱安装等，也可水平弯曲安装在沟槽内。线侧（弯曲方式在工厂完成）。户外同相1母线可以直接固定在钢结构或混凝土的支持，并且可以直接引入到房间，和可以穿墙套管（只预留方孔，孔可以密封绝缘板安装完成后）。室内导线可根据设备布置（开关柜）作为支架安装。绝缘管母线两端预留接线端子，相应设备的接头可通过螺栓可靠连接。

本文提出的乙丙橡胶采用三层共挤工艺控制，中间接头采用屏蔽套和内衬控制电场分布和接触面积，终端接头采用应力控制连接技术，控制预制接头的电场畸变。系统试验项目和电压相关试验参数及典型工程安装验收方法可供其他铁路工程参考。