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什么是绝缘母线?

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什么是绝缘母线?

发布日期:2020-03-18 作者: 点击:

近年来,大城市土地资源不断减少,用电负荷不断增加,超高压变电站容量不断提高,同时却要求设备不断小型化,一次设备之间的连接也变得更加紧凑。在这种情况下,35kV绝缘母线作为一种较为新型的电流连接载体,因其安装紧凑、载流量高,使用范围得到不断扩大。同时,由于绝缘母线产品暂时不是十分成熟,投运以后出现的问题也相对较多。以国内某地区为例,绝缘母线在超高压变电站投运几年以来,多次出现了击穿、鼓包、烧损等故障,对变电站运行的可靠性带来了较大影响。那么,绝缘母线到底是个什么货,我们根据仅有的一点运行经验,粗浅的谈谈对它的认识。


目前,投入现场使用的绝缘母线,都属于电容式绝缘母线,即母线本体都是通过在导体外包裹多层交替的绝缘层和电容屏来实现的,通过多重电容屏,实现母线的径向电场分布均匀,同时确保在母线轴向及端部空间电场分布的均匀度也达到实用要求。


1、绕包式绝缘母线

绕包式绝缘母线结构如图1所示。这种绝缘母线的绝缘层一般是采用聚酯薄膜或聚四氟乙烯带逐层缠绕,电容屏一般采用镀铝薄膜或半导体材料薄膜,35kV绝缘母线的电容屏一般有4至6层,其中最外层的电容屏称之为末屏,在运行中需进行接地。绝缘母线的最外层会包覆有防护层。

什么是绝缘母线?

在绝缘母线的断口处是电场畸变最为严重的区域,因此采用变屏距均压方式。


2、挤压式绝缘母线


挤压式绝缘母线的绝缘结构如图2所示。挤压式绝缘母线结构较为简单,电容屏一般只有两屏,位于高电位的电容屏(零屏)直接附着在导体表面,一般采用半导体材料;其主绝缘层材料一般为三元乙丙橡胶,绝缘母线生产时,将三元乙丙橡胶粒和半导体材料一起加温后,通过磨具分别挤压,并附着在导体上,形成最内侧的半导体电容屏和相邻的主绝缘层。在主绝缘层的外侧,再绕包一层金属薄膜层作为末屏,最外侧包裹防护层。

什么是绝缘母线?

3、环氧浇注式绝缘母线


环氧浇注式绝缘母线结构和绕包式绝缘母线结构类似,但母线中形成绝缘层的材料不同。环氧浇注式母线的主绝缘也是由绝缘层和电容屏交替绕包形成,其中绝缘层一般采用皱纹纸绕包,电容屏也采用镀铝薄膜或半导体材料薄膜,在绕包完成后,在真空状态下浸渍环氧树脂,固化后形成整体绝缘母线,其结构如图3所示。35kV环氧浇注式绝缘母线的电容屏一般有4至7层,其端部也采用变屏距均压方式。


环氧浇注式绝缘母线由于采用真空浸渍绝缘材料的方式,较好的解决了绝缘层间的空气间隙问题,局部放电起始电压高;当母线需要转弯时,先将导体转成需要的角度后,再进行绝缘层包绕和浸渍,可确保转弯处的绝缘性能;其端部的变屏距均压方式,也使得母线端部场强分布变得更加合理,这使得该类产品是目前电容式绝缘母线运行可靠性最高的一种。


绝缘母线的优点

目前,绝缘母线是个让人又爱又恨的东西,爱恨取决于你的立场,嗯,至少目前如此。假如你是生产商,或是变电站设计人员,你会喜欢它,因为绝缘母线确实有不少优点。


(1)载流量大,温升相对较小


目前,对于超高压变电站来说,主变35kV的电流需求不断提高,额定电流多已超过2500A,部分变电站甚至达到4000A。对于35kV电缆,目前额定电流最高约1200A,即使双拼也只有2400A,而绝缘母线额定电流可高达6000A,完全可以满足目前主变35kV出线以及35kV母线分段处的使用要求,在相同载流量下,绝缘母线因其采用管型结构,集肤效应低,温升相对较小。


(2)结构紧凑,减少占地面积


     非故障情况下,绝缘母线外绝缘强度高,表面零电位,因此,其敷设路径相对自由,相间距可以做到很小,相对矩形裸露母线,可以省去穿墙套管,配合一次设备的小型化,进一步节约占地面积。


(3)配合GIS使用时,造价相对较省


     以前,当35kV一次设备采用GIS时,GIS和主变,以及GIS分段之间的连接必须采用SF6气体通管或双拼电缆,传统矩形母线无法直接接入GIS。如前所述,当电流达到2500A或者更高时,SF6气体通管几乎是唯一选择。绝缘母线出现以后,较好的解决了这一难题,既能方便的接入GIS,造价也较SF6气体通管明显节约。


鉴于绝缘母线的上述优点,近几年,绝缘母线的使用量不断增加,无论是户外变电站,还是地下变电站,便经常看到它的影子,如图4所示。

什么是绝缘母线?

绝缘母线的缺点


绝缘母线这一产品,国外很早就已经开始应用,在国内的生产和应用是近几年才逐渐多起来的。目前,国内的生产厂家不少,但仍然存在两大问题,一是该产品还没有相应的国家标准和行业标准,各厂家的技术参数差异较大,生产工艺和质量控制标准也不一致;二是很多厂家制造工艺尚不完善,存在质量隐患。


绕包式绝缘母线,在绝缘层缠绕过程中(如图5所示),缠绕的薄膜之间易残留气隙,这些微小气隙在电场中成为局部放电引发因素,而绝缘母线最令人担忧的因素之一便是局部放电,它决定了绝缘母线的电寿命。绕包式绝缘母线运行条件局放量难以减小这一缺陷,决定了其可靠性差这一致命缺点,因此,现场应用较少。

什么是绝缘母线?

什么是绝缘母线?

挤压式绝缘母线生产工艺较为简单,因绝缘层采用磨具挤压(如图6所示),生产效率较高。其主要缺点有两个,一是当绝缘母线转弯时,无法在导体折弯后再挤压绝缘层,而是必须在绝缘层挤压完成后再进行折弯,这就可能引起绝缘层在折弯处裂化,也可能在绝缘层和中心导体接触面处产生间隙,从而产生放电隐患;二是在绝缘母线的端部,因电容屏只有两层,其端部绝缘主要靠零屏和末屏之间的留出的较长绝缘层保证耐压距离,相较多层变屏距均压方式的端部处理,其场强分布不均匀,易导致端部闪络。


环氧浇注式绝缘母线,是目前三种产品类型中,运行相对比较可靠的,其造价也最高,若设计时对导体和环境温度的变化引起的不同材料的热胀冷缩效应考虑不足,将导致导体和主绝缘材料不能做到同步胀缩,使包绕层间因温差而产生间隙,从而破坏局放特性。另外,其接头处是绝缘母线的薄弱环节,故障多发于接头处。



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