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1、绝缘管型母线的发展及应用调查报告目 录1.引言.12.绝缘管型母线的结构与技术特点.12.1. 结构.12.1.1. 母线本体结构.12.1.2.绝缘管型母线的整体结构.22.2. 技术特点.23.国内外绝缘管型母线的发展状况.44.各种型式的绝缘管型母线.54.1.浇注式绝缘管型母线.54.1.1.结构及材料.54.1.2.制造工艺及主要设备.64.2.绕包式绝缘管型母线.64.2.1.结构及材料.64.2.2.制造工艺及主要设备.74.3.挤包式绝缘管型母线.84.3.1.结构与材料.84.3.2.制造工艺及主要设备.85.国内绝缘母线的应用状况.86.绝缘管型母线有待改进的地方与存在的问
2、题.96.1.母线有待进一步研究的技术问题106.1.1.加强行业的技术研究与交流106.1.2.进一步加深技术细节问题的研究106.1.3.改进生产工艺研究116.2.绝缘管型母线的生产行业管理.117.关于绝缘管型母线的建议.127.1.实现全绝缘管型母线.127.2.编制标准，完善试验.137.3.加强科技投入，加强行业合作.13绝缘管型母线的发展及应用情况调查1. 引言绝缘管型母线是一种新型母线型式，其实质是利用铜或铝管母作为导体，外敷绝缘的一种母线产品。这种母线早期在国外开始应用，已有几十年的运行经验。国内大连第一互感器有限责任公司于2002年开始从德国引进技术，2004年完成型式试
3、验，之后逐步开始生产干式绝缘管型母线。随后，越来越多的企业开始制造绝缘管型母线。绝缘管型母线由于其载流量大、机械强度高、外形尺寸小、电气绝缘性能强的优点，其安装的环境适应性较好。在近十年的时间内，绝缘管型母线在变电站、发电厂和大型光伏发电工程等领域内得到了越来越多的应用。2. 绝缘管型母线的结构与技术特点目前，国内生产绝缘管型母线的厂家有三十多家，绝缘管型母线的生产工艺和结构形式有较大的差异，在此仅对一种结构形式进行分析。2.1. 结构2.1.1. 母线本体结构图.1所示为绝缘管型母线的一般结构，母线的构成从内到外依次是：金属管母、导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层、金属屏蔽层、外护层。金属管母一
4、般采用铜或铝管母，绝缘层采用固体绝缘材料，现在具体使用的绝缘材料有多种，导体和绝缘屏蔽层使用的材料也有很多种，金属屏蔽层采用铜网或铜带，外护层大多采用热缩套也有采用不锈钢。2.1.2. 绝缘管型母线的整体结构绝缘管型母线不是简单的一段母线，它在实际工程中需要由多段直线或弯曲母线、中间接头、母线终端、三通、支撑结构和穿墙结构组成一个整体母线系统才能够投入使用。总体上，它是一个分相形式。2.2. 技术特点绝缘管型母线由于采用铜管或铝管母线导体，具有如下特点：1) 载流量大绝缘管型母线导体采用管型结构，其集肤效应低，单位截面的导体的载流量大于同等截面其它形式的导体。如载流量800A的母线，铜管母线需
5、采用323，电流密度为2.93A/mm2，而矩形铜母线需采用606mm2，电流密度为2.22 A/mm2，管母的导体效率提高了约30%。2) 表面场强低根据圆管母线表面的电场强度（E）与电压（U）/半径（R）成正比，同样截面的铜管母线与矩形母线相比，管母表面的场强是矩形母线的1/101/15。因此管母外敷绝缘承受的场强较低，因此带电运行较为安全可靠。3) 机械强度大根据母线截面模量公式：管型母线截面模量公式为：W= /32 (D4 - d4)其中，D管母外径，d管母内径；矩形母线截面模量公式为W=bh2/6其中，b矩形母线宽度，h矩形母线厚度。同样载流量的母线，抗弯截面模量，管型母线是矩形母线
6、的5倍。管母具有较强的机械强度，可承受较大的短路电动力和较大跨距的抗弯和抗震能力。4) 散热条件好管型母线中间空，表面积大，具有良好的散热条件，这方面性能大大优于矩形母线、电缆和其它母线。除了以上特点外，绝缘管型母线一方面在导体外敷有绝缘层，具有很好的绝缘性能；另一方面导体外敷有导体和绝缘屏蔽层，母线绝缘承受电压均匀，敷有金属屏蔽层并接地，使得母线表面电位为零。另外，其具有外护套，对外部日照、风雨、机械、有害气体等进行防护，因此绝缘管型母线还具有如下特点：5) 绝缘性能好安装时不需要考虑安全距离，运行可靠性高。6) 环境适应性强绝缘管型母线在户内外均可使用，可以在一般的空间中使用，也可以在沟道
7、、隧道内架设。综上所述，绝缘管型母线的技术优点有：载流量大；表面电场强度低；机械强度大；散热条件好；绝缘性能好；环境适应性强。正因为绝缘管型母线具有以上优异的技术特性，使得其在越来越多的领域内有取代矩形母线桥、共箱母线和电缆等其他母线的趋势，将会得到越来越多的应用。3. 国内外绝缘管型母线的发展状况国外绝缘管型母线的发展起步较早，技术较为成熟，比较知名的母线品牌有德国的PBP（preissinger busbar production）绝缘母线产品、瑞士雷兹SIS绝缘母线系统及德国MGC公司的RIP（resin insulated paper）绝缘管母产品。这些母线产品采用的都是环氧树脂抽真空
8、浇注生产工艺，德国MGC公司的RIP绝缘母线在户外恶劣环境下使用时外护套增加一层不锈钢罩壳。这种工艺分为两个阶段，第一阶段是将包围圆导体的绝缘纸在真空状态下加热干燥，第二阶段是将事前准备好的浇注罐与母线连接，在压力的作用下将一种低粘度的树脂浸入包扎纸中。绝缘管型母线产品在国外已运行三十多年，有成功的运行经验。在国内，大连第一互感器有限责任公司于2002年引进德国PBP公司的技术，经消化吸收后开始制造绝缘管型母线，其绝缘材料采用环氧树脂，采用抽真空浇注的生产工艺。随后，有较多的企业开始采用绕包工艺生产绝缘管型母线，其绝缘采用聚酯薄膜或聚四氟乙烯带表面涂硅油复合绝缘。到2008年，开始有一些企业研
9、究并采用挤包工艺生产绝缘管型母线，其绝缘材料采用三元乙丙橡胶（EPDM）或硅橡胶。随后，有部分采用绕包工艺的企业也开始采用挤包工艺生产绝缘管型母线。到目前为止，国内生产绝缘管型母线的企业有三十多家，采用的生产工艺有浇注、绕包和挤包三种，他们采用的绝缘材料分别是环氧树脂、聚脂薄膜或聚四氟乙烯带涂硅油复合绝缘、三元乙丙橡胶或硅橡胶。4. 各种型式的绝缘管型母线目前，国内生产的几种型式的绝缘管型母线，其整体和局部的结构、各部分使用的材料、生产工艺过程和生产设备等各方面均有较大差异，以下作简要介绍。4.1. 浇注式绝缘管型母线4.1.1. 结构及材料a) 本体及其结构如图1所示:金属管采用铜或者铝管；
10、金属屏蔽层和绝缘屏蔽层采用非金属半导电材料；绝缘层采用环氧树脂；金属屏蔽层采用铜丝网；外护套采用热缩管和不锈钢b) 中间接头如图2所示图.2 绝缘管型母线中间接头导体连接采用铜带软连接，外部是预制的绝缘套筒，绝缘套管有环氧树脂绝缘层，内外非金属半导电屏蔽层，金属屏蔽层和外护套。4.1.2. 制造工艺及主要设备a) 按工程需要将金属管切割、弯曲成型；b) 绕非金属屏蔽层、绝缘纸，敷金属屏蔽层和外护套热缩管；c) 抽真空环氧树脂浇注；d) 环氧树脂烘烤固化。生产环氧树脂绝缘管型母线的生产工艺复杂，生产设备要求较高，除了管母加工设备和绕制设备之外，还必须有环氧树脂真空浇注机和大型烘烤炉等重要设备。4
11、.2. 绕包式绝缘管型母线4.2.1. 结构及材料a) 本体其结构如图.3所示。图.3 绕包式绝缘管型母线本体金属管；电容屏蔽绝缘层;多层聚酯或聚四氟乙烯薄膜和一层铝箔相间组成；金属屏蔽层：铜带；外护套：热缩管。有些制造厂在金属屏蔽层与外护套之间增加外绝缘层，其材料为热缩管。b) 中间接头中间接头分为两种，一种是半绝缘，导体连接为软连接，绝缘为热缩管，另一种是全绝缘，有的采用预制环氧树脂筒，有的采用绝缘带现场绕包。4.2.2. 制造工艺及主要设备e) 金属管切割弯曲成型；f) 绕包绝缘及电容屏蔽层；g) 敷金属屏蔽层和外护套；以上加工不需要特别的加工设备，生产门槛较低。4.3. 挤包式绝缘管型
12、母线4.3.1. 结构与材料其本体与中间接头的结构形式与浇注式绝缘管型母线基本上一致，主要是绝缘材料不同。有两种不同的绝缘材料，一种是三元乙丙橡胶，其内外屏蔽层采用非金属半导电材料；另一种是硅橡胶，其内外屏蔽层也采用非金属半导电材料。其它结构与浇注式大同小异。4.3.2. 制造工艺及主要设备挤包式绝缘管型母线的制造过程主要如下：a) 母线直线段制造：在此过程主要是挤包。硅橡胶绝缘采用单层挤包，三元乙丙橡胶绝缘采取绝缘及内外屏蔽层三层共挤；b) 母线切割弯曲成型；c) 母线端部加工。因此，挤包绝缘管型母线的生产除需要常规生产绝缘管型母线的设备外，还要有绝缘挤包设备。5. 国内绝缘母线的应用状况前
13、面介绍过，绝缘管型母线在欧洲已经生产和使用了三十多年，有较为丰富的制造和运行经验。在国内，近十年来，绝缘管型母线生产企业一方面引进技术，一方面积极开拓研究新型绝缘管型母线以推动行业迅速发展，生产水平和能力不断提高。目前，国内企业生产的绝缘管型母线存在着浇注式、绕包式和挤包式三种型式。随着国产绝缘管型母线的发展，国产母线在国内和国外的应用范围越来越广泛。在国内应用的行业有电网系统、发电行业、钢铁煤炭、石油化工和光伏发电等。据不完全统计，2014年国内各行业使用的绝缘管型母线总长度接近20万米，其市场销售额约9亿元人民币。另外，国产绝缘管型母线也出口销往金砖国家、东南亚国家及韩国，并且，国产绝缘管
14、型母线在国内外市场的需求还在不断增长，有很好的发展势头。十年来，绝缘管型母线的使用领域越来越广，数量也越来越多，并且有较好的发展势头。但是，绝缘管型母线也发生过许多故障，并且有继续增加的可能性。在部分省和地区，已经开始限制部分劣质的绝缘管型母线的使用，部分行业也开始限制某些型式的绝缘管型母线使用。据不完全调查，十多年来，绝缘管型母线发生过如下常见故障类型：（1）绝缘管型母线终端与设备连接处严重发热；（2）母线绝缘击穿；（3）中间接头绝缘击穿；（4）绝缘管型母线终端绝缘击穿；（5）金属屏蔽层接地线熔断；（6）母线热胀冷缩，基础沉降造成母线变形。6. 绝缘管型母线有待改进的地方与存在的问题绝缘管型
15、母线在国内生产使用已经十多年，取得了一定的经验，已经发展为一个行业。为使绝缘管型母线的生产使用进一步发展，需要对母线的技术研究、行业管理和标准等方面进行完善，作进一步提升。6.1. 母线有待进一步研究的技术问题绝缘管型母线生产技术的发展，除了浇铸式的生产技术是引进德国的，绕包式和挤包式是借鉴穿墙套管、中压单芯电缆和共箱母线的生产技术发展起来的。各个制造厂技术研究差异较大，行业技术没有形成合力，整体水平需要提高。在今后应加强如下工作：（1）加强行业的技术研究与交流；（2）进一步加深技术问题的研究；（3）改进生产工艺研究。6.1.1. 加强行业的技术研究与交流在过去，一种新产品的研发过程投入较大，
16、技术研究较为成熟才投入产品的批量生产。例如，当研制国产封闭母线时，有多个设计院、大专院校和两家企业进行合作研究，对封闭母线的使用条件、电磁、热学、力学等基础问题、基本型式、外形尺寸优化、端部处理等都进行多年深入研究，在这样的条件下，国产封闭母线使用效果很好，现已经历三十多年的考验。国产绝缘管型母线研究投入不足，今后应补这一课，加强行业的技术研究与交流。6.1.2. 进一步加深技术细节问题的研究有的企业对绝缘管型母线的一些经常遇到的基本问题还不是很清楚，如母线的金属屏蔽层，也称为地屏，地屏需接地，但地屏应采用多大截面，如何接地，接地线截面积应多大？有些制造企业对地屏的作用和运行时的工作原则没有透
17、彻的了解，像这样的技术问题还很多，应加深研究，系统全面解决。6.1.3. 改进生产工艺研究绝缘管型母线具有如下特性：1)通过电流大，2)是绝缘母线，3）属硬母线。参见其它汇流母线的制造，以下部分是母线多发病的关键点。（1）导体的连接由于母线载流量大，导体连接处的接触电阻大，会发热，应有足够的导体连接面积，应适当选择导体连接接触面的镀层和涂料，可靠的采用螺栓连接或压接。（2）母线的绝缘绝缘管型母线系统的绝缘是很复杂的，包含母线本体、中间接头、三通、终端及与避雷器连接处的绝缘等。要研究生产的绝缘管型母线在现场安装后各部分绝缘均无缺陷，并能保护长期运行的母线绝缘保持完善。（3）母线的机械强度绝缘管型
18、母线系统应研究在设计、生产中对温度变化和基础沉降的补偿装置，对短路电动力、地震力、和风压作用下母线相间距离及支架设置，以及防止机械外力损坏的措施。6.2. 绝缘管型母线的生产行业存在的问题十多年来，许多企业在努力研究制造技术，改进生产工艺，加强管理是国产绝缘管型母线质量有了长足进步，也存在一些企业没有认真研究掌握绝缘管型母线的生产技术，不是采用科学的态度，盲目生产，影响了行业的健康发展，主要表现在以下几个方面，应加以纠正。（1）作坊式生产某些小企业生产母线的水平很低，在没有像样的检测设备和技术人员的情况下，工人就在一个简陋的厂家内用很简单的工具手工绕制绝缘加工母线，产品的质量不可能有保证。（2
19、）推出不科学的产品绝缘管型母线在额定电压和电流及其它条件均应有其适用范围，超出范围，在运行可靠性和经济性上均会产生问题。某些制造企业在产品样本上推出额定电压126kV、252kV、363kV及550kV的产品，另外推出额定电流15000A、20000A、30000A，动热稳定电流分别为200kA和80kA的产品，这样缺乏科学依据，夸大产品的应用范围。（3）市场低价竞争不同型式的绝缘管型母线在生产成本和产品质量方面存在着很大差异。严格质量正规程序生产出来的与作坊式生产出来的产品在质量上和生产成本上差别很大，这样，不同产品参加市场竞争，低价中标对优质产品不利。还有一些制造企业推出铜包铝管母替代铜管
20、母的产品，在行业内低价竞争，影响行业产品质量的提高。7. 关于绝缘管型母线的建议7.1. 实现全绝缘管型母线目前，国内的绝缘管型母线存在着所谓的全绝缘母线、半绝缘母线和分段绝缘母线，不是严格意义上的绝缘管型母线。纵观SF6气体绝缘母线、封闭母线和共箱母线等均能实现整个母线系统全绝缘，包括普通母线段、中间接头、三通和与其它设备连接均为全绝缘，母线表面均为零电位。在目前阶段，要做到除与设备连接处其它部分应为全绝缘，并且实现所有连接均为预制式，淘汰半绝缘、部分绝缘母线和现场绕包接头施工。另外，目前仅有个别企业能实现绝缘母线与气体绝缘柜的连接。今后制造企业要积极与绝缘管型母线相连接的设备配合，研究制造
21、出封闭式（全绝缘）的母线终端，这里包括变压器、开关柜等，还要研究与避雷器的全绝缘连接，制造出真正意义上的全绝缘管型母线。7.2. 编制标准，完善试验目前，绝缘管型母线没有相应的行业、国家和国际标准，也没有严格的试验标准，导致进入市场的门槛很低。为使这个行业健康发展，应尽快的制定行业、国家和国际标准，严格各项试验，使绝缘管型母线的制造、试验、销售、安装和运行都有章可循。7.3. 加强科技投入，加强行业合作目前，绝缘管型母线的生产企业很多，技术上各自为政，互相保守。同时有的企业认为技术简单，不深入研究就简单的仿制致使国内整体制造水平低下。其实要能生产出高品质、可靠性高、让用户放心使用的产品并非易事。生产企业可以联合研究所、设计院、大专院校和测试单位，加强科研投入，同时互相之间加强合作，也可成立行业协会，共同努力使我国绝缘管型母线的产品处于世界领先。
