絕緣管型母線現(xiàn)場(chǎng)安裝施工關(guān)鍵技術(shù)

趙 衛(wèi) 平，徐 應(yīng) 中

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 概 述

絕緣管型母線是一種新型母線型式，其實(shí)質(zhì)是利用銅或鋁質(zhì)管材作為導(dǎo)體，并在管材外表面外敷絕緣材料的一種母線產(chǎn)品。

絕緣管型母線由于其具有載流量大、機(jī)械強(qiáng)度高、外形尺寸小、電氣絕緣性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，安裝環(huán)境適應(yīng)性較好，近年來(lái)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(lái)越多的應(yīng)用。中國(guó)水電十局公司已在尼日爾、老撾多個(gè)電站進(jìn)行了絕緣管型母線的安裝施工，實(shí)踐證明：其現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量的控制直接影響到絕緣管型母線長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點(diǎn)

目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)絕緣管型母線的廠家在生產(chǎn)工藝和結(jié)構(gòu)形式上存在較大的差異，中國(guó)水電十局公司安裝過(guò)的絕緣管型母線就有澆注式絕緣管型母線、繞包式絕緣管型母線，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下。

2.1 澆注式絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)

2.1.1 本體及其結(jié)構(gòu)

如圖1所示，母線的構(gòu)成從內(nèi)到外依次為金屬管型母線導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、絕緣屏蔽層、金屬屏蔽層及外護(hù)層。

金屬管型母線導(dǎo)體采用銅管或鋁合金管，導(dǎo)體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(shù)脂，金屬屏蔽層采用銅網(wǎng)，外護(hù)層采用熱縮套。

2.1.2 中間接頭

如圖2所示，導(dǎo)體采用銅帶軟連接，外部為預(yù)制的絕緣套筒，絕緣套筒包括環(huán)氧樹(shù)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。

1.金屬管形母線導(dǎo)體;2.導(dǎo)體屏蔽層;3.絕緣層;4.絕緣屏蔽層;5.金屬屏蔽層；6.外護(hù)套圖1 絕緣管型母線本體結(jié)構(gòu)圖

2.2 繞包式絕緣管型母線

2.2.1 本體及其結(jié)構(gòu)

如圖3所示，母線的構(gòu)成從內(nèi)到外依次為金屬管型母線導(dǎo)體、導(dǎo)體屏蔽絕緣層、金屬屏蔽層及外護(hù)層。

金屬管型母線導(dǎo)體采用銅管或鋁合金管，電容屏蔽絕緣層采用多層聚酯或聚四氟乙烯薄膜和一層鋁箔相間組成，金屬屏蔽層采用銅帶，外護(hù)層采用熱縮套。

2.2.2 中間接頭

中間接頭分為兩種：一種采用預(yù)制環(huán)氧樹(shù)脂筒，一種采用絕緣帶現(xiàn)場(chǎng)繞包。

2.3 主要技術(shù)特點(diǎn)

絕緣管型母線由于采用銅管或鋁管母線導(dǎo)體，其具有以下特點(diǎn)：

(1)載流量大。

圖2 絕緣管型母線中間接頭示意圖

1.金屬管型母線導(dǎo)體；2.電容屏蔽絕緣層;3.金屬屏蔽層;4.外護(hù)套圖3 繞包式絕緣管型母線本體示意圖

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。如載流量為800 A的母線，銅管母線需采用φ32×3、電流密度為2.93 A/mm2的母線；而矩型銅母線則需采用60×6 mm2、電流密度為2.22 A/mm2的母線，管型母線的導(dǎo)體效率提高了約30%。

(2)表面場(chǎng)強(qiáng)低。

根據(jù)圓管母線表面的電場(chǎng)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，管型母線表面的場(chǎng)強(qiáng)是矩形母線的1/10～1/15。因此，管型母線外敷絕緣承受的場(chǎng)強(qiáng)較低，因此其帶電運(yùn)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=π(D4-d4)/(16D)

式中D為管型母線外徑；d為管型母線內(nèi)徑。

矩型母線截面模量公式為：

W=bh2/6

式中b為矩型母線寬度；h為矩型母線厚度。

對(duì)于同樣載流量的母線之抗彎截面模量，管型母線是矩型母線的5倍。管型母線具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，可承受較大的短路電動(dòng)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，其該方面的性能大大優(yōu)于矩型母線、電纜和其它母線。

除了以上特點(diǎn)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；另一方面其導(dǎo)體外敷有導(dǎo)體和絕緣屏蔽層，母線絕緣承受的電壓均勻，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(duì)外部日照、風(fēng)雨、機(jī)械、有害氣體等進(jìn)行防護(hù)，絕緣管型母線在戶內(nèi)外均可使用，既可以在一般的空間中使用，也可以在溝道、隧道內(nèi)架設(shè)。

絕緣管型母線還具有安裝時(shí)不需要考慮安全距離、運(yùn)行可靠性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

綜上所述，絕緣管型母線的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)為：①載流量大；②表面電場(chǎng)強(qiáng)度低；③機(jī)械強(qiáng)度大；④散熱條件好；⑤絕緣性能好；⑥環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

3 現(xiàn)場(chǎng)安裝施工之關(guān)鍵技術(shù)

3.1 施工準(zhǔn)備

3.1.1 技術(shù)準(zhǔn)備

按照規(guī)程、廠家安裝說(shuō)明書(shū)、圖紙、設(shè)計(jì)要求編制施工措施，對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。

3.1.2 人員組織

技術(shù)負(fù)責(zé)人、安裝負(fù)責(zé)人、安全質(zhì)量負(fù)責(zé)人和技術(shù)工人。

3.1.3 機(jī)具的準(zhǔn)備

按施工要求準(zhǔn)備機(jī)具并對(duì)其性能及狀態(tài)進(jìn)行檢查和維護(hù)。

3.1.4 施工材料的準(zhǔn)備

絕緣管型母線、管母線固定金具、槽鋼、鋼板、螺栓、銅皮軟連接、角鐵、方管等。

3.2 母線支架的制作

由于母線的走向設(shè)計(jì)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形以及各設(shè)備的位置關(guān)系確定，所以其支吊架的形狀呈多樣化。母線支架制作前，先測(cè)量母線的總長(zhǎng)度，確定固定金具的位置，以保證復(fù)合屏蔽絕緣管型母線受力合理且兩固定金具之間的間隔不大于6 m，安裝固定金具的位置距母線接頭的距離應(yīng)不小于50 mm。支架所用鋼材的規(guī)格及尺寸按設(shè)計(jì)要求并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)實(shí)際情況與圖紙不符合的部分進(jìn)行完善，安全凈距必須符合規(guī)范要求，接地可靠、焊接及終接線端子的防護(hù)要符合要求。

焊接要求：(1)槽鋼和立柱的每個(gè)焊點(diǎn)必須有5 cm長(zhǎng)，雙面進(jìn)行焊接；(2)焊點(diǎn)光滑、無(wú)氣孔；(3)槽鋼與方鋼的焊接必須四面焊；(4)每個(gè)焊點(diǎn)必須除去焊渣，刷防銹漆。

3.3 母線固定金具的安裝

安裝前應(yīng)檢查固定金具和金具固定板，安裝孔應(yīng)對(duì)應(yīng)，采用符合規(guī)格要求的熱鍍鋅螺栓并連接緊固，安裝在同一水平面的固定金具應(yīng)位于同一平面上，直線段的固定金具的安裝中心線應(yīng)在同一直線上，其中心誤差不超過(guò)10 mm。

3.4 穿墻套管的安裝

安裝前，檢查瓷件完好并經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)合格，水平安裝時(shí)法蘭在外，安裝孔徑應(yīng)比套管直徑大5 mm以上，1 500 A以上套管周圍不能形成閉合磁路，套管板應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行接地。

當(dāng)母線要進(jìn)室內(nèi)、墻上沒(méi)有穿墻套管時(shí)，可在穿墻部分管型母線外壁加裝10 mm厚的橡膠防護(hù)層和環(huán)氧防護(hù)筒并將其熱縮為一整體，避免與水泥墻體直接接觸，以起到緩沖的作用，既可以防止水泥的腐蝕，又達(dá)到了有效防護(hù)的目的。

3.5 母線軟連接及接頭的安裝

軟連接處的制作為先把軟連接的一端固定到母線或套管上(固定時(shí)不要忘記在搭接處涂導(dǎo)電膏)，然后根據(jù)軟連接中間銅編織帶處的長(zhǎng)度截?zé)峥s管，把熱縮管依照軟連接的形狀熱縮好。軟連接或套管與母線端部的連接處需要做可拆卸的護(hù)套以便檢修，其方法是：先截取足夠長(zhǎng)的熱縮管，將熱縮管套到連接處，然后用一片足夠長(zhǎng)的扁鐵放到熱縮管內(nèi)，在熱縮管的外面放兩片一樣的扁鐵用大力鉗將扁鐵和熱縮管夾到一起，使其形成一個(gè)平面，放到連接處開(kāi)始熱縮，待完全冷卻后拆開(kāi)扁鐵、打孔、把熱縮管劃開(kāi)，扣好扣子，確認(rèn)其排水良好。根據(jù)施工圖紙安裝母線接頭和軟連接，安裝時(shí)要注意搭接處應(yīng)平整，所有螺栓應(yīng)擰緊。

應(yīng)特別注意：熱縮管熱縮完不能有存水處，其應(yīng)順暢，力求整齊美觀，如有碗狀開(kāi)口，應(yīng)把其碗狀口封死，防止鳥(niǎo)或其他小動(dòng)物筑巢，所有管母連接部分，包括變壓器套管導(dǎo)電夾、穿墻套管導(dǎo)電夾等處不能有裸露的金屬。

3.6 母線接觸面的加工

母線搭接連接的尺寸、孔徑、螺栓規(guī)格應(yīng)符合規(guī)范，要求母線接觸面的加工必須平整，無(wú)氧化膜并保證清潔。經(jīng)加工后的銅管母線截面減少值不應(yīng)超過(guò)原截面的3%。母線與母線、母線與分支線、母線與電器接線端子搭接時(shí)，其搭接面的處理應(yīng)符合要求。

3.7 中間連接的絕緣處理方式

母線中間接頭包括導(dǎo)體連接與絕緣連接。絕緣連接是全絕緣母線系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，90%以上的故障都發(fā)生的這個(gè)部位，施工時(shí)需特別注意。屏蔽筒的安裝方法：

(1)先把足夠大(即能穿到屏蔽筒上)的熱縮管劃成兩個(gè)400 mm和兩個(gè)600 mm的長(zhǎng)度，并把它們穿到屏蔽筒上，然后用酒精或稀料把連接處的兩端擦洗干凈(注意要擦洗到兩端接地屏蔽處)，再把屏蔽筒穿在母線的一端。

(2)在母線的中間連接并裝好后，再用1.2 m長(zhǎng)的銅絲繞成環(huán)形彈簧狀，繞成的彈簧要求其上下對(duì)稱，每個(gè)弧型均勻。

(3)從母線接頭處向兩邊分，各分屏蔽筒的一半并做好記號(hào)，將屏蔽筒放在兩記號(hào)的中間，即把屏蔽筒居中放在中間連接上面，尤其注意屏蔽筒內(nèi)的鋁環(huán)一定要壓到連接板(或伸縮接頭板上的彈簧)。

(4)用酒精或稀料把屏蔽筒和其周圍的母線擦拭干凈，然后在屏蔽筒和母線搭界處的兩端打上密封膠，把400 mm長(zhǎng)的熱縮管縮好，待其涼后在400 mm長(zhǎng)的熱縮管兩端打好密封膠，再把600 mm長(zhǎng)的熱縮管縮好；另一端同樣。

(5)接地線的制作。用一細(xì)棒將接地線纏繞成彈簧狀，然后將其連接到固定金具的其中一螺栓的根部，再旋緊螺栓。

3.8 母線的安裝

(1)連接螺栓應(yīng)采用熱鍍鋅螺栓，螺栓連接的母線兩外側(cè)均應(yīng)有平墊圈，相鄰螺栓墊圈間應(yīng)有3 mm以上的凈距，螺母?jìng)?cè)應(yīng)裝有彈簧墊圈或鎖緊螺母，螺栓應(yīng)由下往上貫穿，長(zhǎng)度宜露出螺母2～3扣。

(2)螺栓應(yīng)受力均勻，不應(yīng)使接線端子受到額外的應(yīng)力，母線的接觸面應(yīng)連接緊密，連接螺栓應(yīng)用力矩扳手緊固，緊固力矩應(yīng)符合規(guī)定力矩要求。

(3)管母線的搭接應(yīng)符合要求，與變壓器套管接線板連接和穿墻套管接線端子的連接應(yīng)采用銅皮軟連接且接頭應(yīng)搪錫處理。

(4)母線的相序排列。當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)規(guī)定時(shí)，應(yīng)符合下列規(guī)定：

①上、下布置的交流母線由上到下排列為A、B、C相，直流母線正極在上，負(fù)極在下。

②水平布置的交流母線由盤(pán)后向盤(pán)面排列為A、B、C相，直流母線正極在后，負(fù)極在前。

③引下線的交流母線由左至右排列為A、B、C相，直流母線正極在左，負(fù)極在右。

4 結(jié) 語(yǔ)

絕緣管型母線的使用領(lǐng)域越來(lái)越廣，數(shù)量也越來(lái)越多。但是，絕緣管型母線也發(fā)生過(guò)許多故障，究其原因主要是接頭部位為其薄弱環(huán)節(jié)。各類絕緣母線的接頭基本類似，基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。絕緣母線的接頭內(nèi)部裸露的導(dǎo)體部分采用空氣絕緣，其絕緣筒體兩端設(shè)置有密封法蘭(或使用密封膠)，密封法蘭通過(guò)O型密封圈和絕緣母線表面緊密接觸實(shí)現(xiàn)密封，法蘭和筒體側(cè)面通過(guò)密封墊進(jìn)行密封。從實(shí)際運(yùn)行效果看，由于絕緣母線表面并不十分規(guī)則，和O型圈之間的接觸可能存在微小氣隙，若安裝工藝稍微粗糙一些，密封效果就會(huì)不理想，在潮濕的環(huán)境中，接頭內(nèi)部容易受潮甚至結(jié)露，此時(shí)極易發(fā)生霧閃或直接擊穿。為確保接頭部位的可靠運(yùn)行，生產(chǎn)廠家需要從長(zhǎng)期可靠運(yùn)行的角度出發(fā)做好接頭部位的設(shè)計(jì)，以便于現(xiàn)場(chǎng)施工，確保密封可靠。對(duì)于空氣濕度較大的地區(qū)，應(yīng)盡可能改善運(yùn)行環(huán)境，降低空氣潮濕和凝露對(duì)絕緣母線的影響。