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1、铜管屏蔽绝缘母线的特点和应用2007年第6期硫磷设计与粉体工程SP&BMHRELATEDENGINEERING?35?铜管屏蔽绝缘母线的特点和应用陈永武(中国石化集团南京化学工业有限公司工程建设处,江苏南京210048)摘要:在大型变配电设施中,铜管屏蔽绝缘母线已逐步取代矩形截面母线作为主变二次侧与配电设施之间的联接导体.介绍了铜管屏蔽绝缘母线及其主要部件的结构,阐述了铜管屏蔽绝缘母线的电气性能和特点及其电气考核标准,并以铜管屏蔽绝缘母线在本企业应用的实例,指出在安装,运行中应当注意的一些问题.关键词:大电流;铜管屏蔽绝缘母线;螺锥型中间连接器;电气性能;特点;应用中图分类号:TM24
2、5文献标识码:B文章编号:10091904(2007)060035一o41概述随着我国经济的飞速发展,220kV或110kV电压等级的大型变配电设施不断建成,这些大型变配电设施不仅受电电压高,而且主变压器容量大,很多都达到75100MVA甚至更大.主变容量的加大导致主变35kV侧或10kV侧的额定电流大大增加,以75MVA容量的主变为例,10kV侧额定电流为4330A,若二次侧电压等级为6kV,则电流达到7217A.主变二次侧出线与配电设施之间的联接,国内传统的做法均采用矩形截面裸母线作为联接导体.随着主变容量和二次侧电流的增大,矩形截面母线4,该机的腔体容渣率比原液硫过滤机增大了30%.t3
3、应用WYBYLTY型卧式叶片液硫过滤机较我公司原液硫过滤机的过滤性能更高,过滤后精硫中的灰分含量能确保单级过滤在15g左右,可保证转化器工作数年不须筛催化剂,火管锅炉长期不会出现明显的堵塞现象.如采用两级过滤,过滤精度能达到5g左右,能保证整个硫磺制酸液硫净化系统5年长期可靠运行.熔硫过程中游离酸的中和建议采用消石灰加入法中和游离酸.其效果是:其一,能有效吸附液硫中的烃类物质;其二,可中和液在技术和结构上已很难满足大电流对母线截面和短路电动力的要求.大电流引起集肤效应增大,造成载流能力下降,电流分布不均匀,并由此引起附加损耗增大.而且联接主变二次侧的矩形截面母线大部分裸露在室外布置,采用支柱绝
4、缘子绝缘,受环境因素影响很大.尤其在化工生产企业,导电粉尘,潮湿,腐蚀性酸,碱汽雾弥漫的污秽环境中,极易引起支柱绝缘子爬电闪络,不仅对支柱绝缘子停电清洗维护的工作量大,而且稍有疏忽极易造成支柱绝缘子击穿,引起母线短路.严重时还会使变压器绕组遭受损伤,影响变电站安全运行及供电的稳定可靠性.上世纪90年代,国外许多大型变配电设施已采用铜管屏蔽绝缘母线,取代矩形截面母线作为主变硫中的游离酸并吸收水分,所产生的CaSO由大容量的过滤机容腔将其暂存,并定期排放.由于WYBYLTY型卧式叶片液硫过滤机的独特结构,使滤渣含硫率由原先的60%左右降到30%左右,提高了总的硫磺利用率;自动化程度的提高使过滤机操
5、作的用工率降低了30%.该新型的液硫过滤机目前在云南,贵州,江苏等800kt/a,1000kt/a大型硫磺制酸装置的液硫净化系统上长期运行,充分体现了稳定,可靠的特点,取得了很好的经济效益和社会效益.作者简介:牟富君(1963一),男,江苏宜兴人,工程师,总经理,长期从事密闭型过滤机的设计,制造,技术开发和推广应用工作.(收稿日期:20070920)?36?硫磷设计与粉体工程SP&BMHRELATEDENGINEERING2007年第6期二次侧与配电设施之间的联接导体.铜管屏蔽绝缘母线以空心铜管作为电流的导体,外壳以高品质的绝缘材料构造屏蔽绝缘层.其导体形状及屏蔽绝缘性能,使铜管屏蔽绝
6、缘母线具有集肤效应低,载流量大,功率损失小;散热条件好,温升低,电气绝缘性能好;动,热稳定性高,运行安全可靠等优点.并且不受恶劣运行环境的影响,安装方便,维护工作量小.本世纪以来,国内新建的一些大型变配电设施中,也已逐步采用了铜管屏蔽绝缘母线技术.2铜管屏蔽绝缘母线及主要联接部件结构2.1铜管屏蔽绝缘母线的结构铜管屏蔽绝缘母线的结构与电力电缆相似,故又称为管状电缆.它由铜管导体,屏蔽绝缘层,电容均压层,接地屏蔽层和外绝缘护套等组成(见图1).铜管导体为铜管屏蔽绝缘母线的导电部分,是采用高纯度电解铜拉制的铜管.主绝缘材料采用聚四氟乙烯.均压层由半导体层和一层主绝缘层复合而成.接地屏蔽层采用编织铜
7、网.外层绝缘采用聚烯烃高聚物绝缘护套.主绝缘层按地屏蔽层外层护套图1铜管屏蔽绝缘母线结构示意铜管屏蔽绝缘母线由厂商现场测量尺寸,铜管导体在工厂按尺寸由专用机械分段弯制成形,并做精细处理后,再用专用包裹机械进行绝缘缠包,以及其余各层的缠包(包括铜管转弯处).分段制成的成品经相应的电气试验合格后,现场组对安装.2.2主要联接部件的结构铜管屏蔽绝缘母线的联接部件主要包括中间联接部件和终端连接器.1,中间联接部件中间联接部件用以在现场联接各段铜管屏蔽绝缘母线,相当于单芯电缆的中间接头.中间联接部件包括中间连接器,绝缘热缩套管和绝缘屏蔽筒.中间连接器用来联接两段铜管导体,是联接部件的载流部分,因为铜管屏
8、蔽绝缘母线承载的都是大电流,因此中间连接器与两端铜管联接的紧密,牢固程度尤为重要.国内铜管屏蔽绝缘母线的生产厂商大多采用螺锥型中间连接器(其结构如图2),这种联接方式最为可靠.筒体是螺锥型中间连接器的主要载流体和切力的主要承载体.锥套在螺母作用下使铜管导体与简体紧密接触,以满足导体载流接触面积,并确保导体与中间连接器的紧密接触,增加铜管导体承载力,增加跨距.图2螺锥型中间连接器结构示意绝缘热缩套管将中间连接器以及两端的铜管导体的裸露部分热缩包裹,作为辅助绝缘.绝缘屏蔽筒是中间连接器的主绝缘部件.其结构如图3.由图3可见,波纹管对铜管屏蔽绝缘母线的外表保护层进行保护.屏蔽简体为主绝缘屏蔽层.法兰
9、为衔接铝压圈和波纹管,起到过渡作用.平垫圈可保证铝压圈与法兰紧密衔接以保证密封性.铝压圈对屏蔽筒的密封圈形成均匀挤压力.密封圈使屏蔽筒内侧和外界形成隔离.图3中间连接部件结构示意2,终端连接器终端连接器一端联接绝缘母线的铜管导体,另一端用以联接主变二次侧出线端子或配电设备.与铜管屏蔽绝缘母线联接端的结构与螺锥型中2007年第6期陈永武.铜管屏蔽绝缘母线的特点和应用?37?间连接器单端相似,亦采用了锥套压紧结构.与主变或配电设备联接的一端,则做成联接铜板,接上软联接过渡后,与主变二次侧出线端子或配电设备联接.见图4.,777,lINN,I(I/A,N,图4螺锥型终端连接器结构示意3铜管屏蔽绝缘母
10、线的电气性能和特点1,截面积和表面积大,载流量大铜管屏蔽绝缘母线主导体通常均采用铜管,截面积和表面积大,导体表面电流密度分布均匀.例如:4,60mm10mm铜管导体截面积1570mm,载流量3150A,电流密度2.01A/mm;4,1oomm10mm铜管导体截面积2826mm,载流量5000A,电流密度1.77A/mm.由此可见,圆环形截面导体特别适合大电流的回路.2,集肤效应低,功率损失小圆环形截面铜管的集肤效应低,交流阻抗小,因而母线的功率损失小.若采用多片矩形截面导体,随着片数的增加,集肤效应系数不断加大,单位截面的有效载流量下降;片与片之间电流分布不均匀,附加损耗加大,散热条件差,严重
11、影响变配电质量.3,散热条件好,温升低由于铜管内部中空,且端部有散热孔,通过导体内径风道能自然形成空气对流,散热条件好.因此在相同的外部环境和工作电流下,温升要比其他形状的导体低.4,电气性能好铜管屏蔽绝缘母线采用屏蔽绝缘方式,相间完全隔离,外壳接地电位为零,具有电场分布均匀,绝缘表面无局部放电,外壳可传导泄漏电流和充电电流等优点.5,绝缘材料耐热,耐老化,绝缘性能高铜管屏蔽绝缘母线主绝缘材料采用聚四氟乙烯,可在一50250oC中工作,有优良的电气绝缘性能和化学稳定性,介质损耗小,阻燃,耐老化性能好,理论上使用寿命不少于25年.6,动稳定性高,安全性能好由于铜管屏蔽绝缘母线采用屏蔽绝缘方式,外
12、壳全部可靠接地,电位为零,相间电动力作用较小,具有较高的动稳定性.外屏蔽绝缘层完全满足人体可安全触摸的要求,可有效防止人身触电事故.同时可防止与外物接触所引起的接地和相间短路故障,使运行具有高度的可靠性.相比之下,矩形截面母线的外表面完全暴露在环境中,极易受人,动物(如老鼠等)以及其他物体不慎接触而发生人身事故和接地,短路故障,不利于安全运行.7,不受恶劣环境的影响,维护工作量小铜管屏蔽绝缘母线的绝缘性能及绝缘材料的耐腐蚀性能优异,尤其适用于化工生产企业中较为恶劣的环境,可以使事故的概率和维护工作量大大降低.且母线架构简明,布置清晰,安装方便.4铜管屏蔽绝缘母线在本企业的应用中国石化集团南京化
13、学工业有限公司是国内大型化工生产企业.2005年,中国石化集团对南京化学工业有限公司与南京化工厂的资源和产品结构实施优化重组,原南京化工厂由南京近郊向位于江北的南京化学工业有限公司本部搬迁.一批新的生产装置相继开工建设,用电负荷急剧上升,原供电总容量为63MVA的南化磷肥区总降压站已不能满足新的用电需求.为此,结合中国石化集团对原总降压站进行电气隐患治理的要求,易地新建一座总供电能力为150MVA的110kV总降压站.新建的磷肥区总降设置2台110kV/37.5kV/6.3kV,75MVA主变.主变6kV侧容量配置是总容量的60%,为45MVA,额定电流4330A.主变6kV侧出线与6kV配电
14、设备之间,在如此大的电流下,若采用传统的矩形截面裸母线联接方式,每相至少需要3片125mmx10mm的矩形截面铜母排(理论上允许载流5000A).这种联接设置方式的现场布置非常困难,加上本企业从事化工生产,降压站现场运行环境较差,导电粉尘,潮湿,腐蚀性的酸,碱汽雾对矩形截面母排支柱绝缘子的绝缘性能影响很大.根据以往的运行维护经验,每年至少要安排一至两次停电,将支柱绝缘子拆下清洗或更换.维护稍不及时即有可能造成支柱绝缘子闪络,击穿的故障.从简化现场布置和保证变配电设施长期安全,稳定运行的目标出发,在电力设计部门的推荐下,我?38?硫磷设计与粉体工程SP&BMHRELATEDENGINEE
15、RING2007年第6期们经过多方考察,慎重论证,选择了额定电压7.2kV,额定电流为5000A和3150A的铜管屏蔽绝缘母线,分别作为主变6kV侧出线与6kV分裂电抗器,以及分裂电抗器与6kV高压开关柜之间的联接.额定载流量5000A选用q5100mm10mm铜管导体,截面积2826mm,电流密度1.77A/mm;额定载流量3150A选用0mm10mm铜管导体,截面积1570mm,电流密度2.01A/mm.主要电气技术参数如下:额定电压7.2kV额定电流5000A,3000A额定热稳定电流(4s)31.5kA额定动稳定电流80kA雷电冲击耐压(1.2/50Ixs)75kV对地1min工频耐压
16、42kV局部放电量(15kV)<10PC联接中间接头的局部放电量(15kV)<10PC使用寿命I>20年上述铜管屏蔽绝缘母线由厂商现场测量尺寸,铜管导体在工厂分段制造完成,经出厂电气试验合格后,于20o6年8月运至现场进行安装.现场安装完成后,由厂商对整组铜管屏蔽绝缘母线分相进行相应的电气交接试验.新建的总降压站于今年4月正式受电投运,上述铜管屏蔽绝缘母线运行状况良好,显示了铜管屏蔽绝缘母线的各项优点,达到了预期的目标.5应用体会尽管铜管屏蔽绝缘母线具有上述很多优点,但它在国内变配电设施中推广使用的时间还不长,而且目前尚无统一的行业标准.国内铜管屏蔽绝缘母线的生产厂家大多属刚
17、刚起步,个别生产厂家对铜管屏蔽绝缘母线的技术掌握不精,加工设备简陋,制作工艺粗糙,试验手段不完备,这些都会对铜管屏蔽绝缘母线的质量产生很大的影响.对此,结合本人在实际应用中体会,提供下述肤浅意见供参考.1,在铜管屏蔽绝缘母线厂商的选择上,一定要选择用材精良,工艺装备优良,制作工艺精湛,试验手段完备,通过权威试验检测部门完成产品定型试验,守信誉的厂家.2,各厂家生产的铜管屏蔽绝缘母线的一些重要部件结构和施工工艺不尽一样.例如中间连接器和绝缘屏蔽筒,是承载大电流和关系中间联接部位绝缘屏蔽性能的关键部件.这些部件都只能在现场施工安装,部件本身的品质和现场施工工艺的掌握对施工质量的影响很大.尤其是在湿
18、度较大的气候条件下,若绝缘屏蔽筒的内部干燥处理不到位,或与外部密封不好,往往会影响其整体绝缘性能下降.我公司新建的总降压站铜管屏蔽绝缘母线在施工中,就曾出现过上述质量问题,并进行了返工处理.因此,应当严格督促厂商根据现场施工的特点,提高这些部件的品质,规范并严格执行现场施工工艺.3,由于铜管屏蔽绝缘母线在国内推广使用的时间还不长,国家和电力行业尚无成文的考核试验项目和试验标准.目前产品定型试验,各试验检测部门基本上都参照同等电压等级电气设备的试验项目和标准.试验项目一般包括:1min工频耐压试验;局部放电试验;恒压负荷循环试验;冲击耐压试验;4h工频耐压试验;温升试验;动稳定试验;热稳定试验等
19、.工厂内完成的铜管屏蔽绝缘母线和重要部件,出厂前都应当进行严格的出厂试验.出厂试验应进行绝缘电阻检测,并按同等电压等级电气设备的试验标准进行工频耐压试验.必要时建设方要派人监督.铜管屏蔽绝缘母线在现场安装,组对,联接完成后,应对整组铜管屏蔽绝缘母线分相进行电气交接试验.交接试验应进行绝缘电阻检测,并按同等电压等级电气设备的标准进行工频耐压试验.运行中的铜管屏蔽绝缘母线,笔者认为有必要参照同等电压等级电气设备的预防性试验周期和标准,进行工频耐压试验.6结束语铜管屏蔽绝缘母线在国内属于一项新的应用技术,有很大的发展空间.相信通过制造商和电气工作者在应用过程中的不断摸索,一定能进一步改进和提高其品质和性能,为变配电设施的安全,稳定运行发挥积极的作用.作者简介:陈永武(1952一),男,江苏南京人,电气工程师,长期从事企业电气技术和电气管理工作.(收稿日期:20070828)
