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摘要：电力变压器10kV 侧套管与10kV母线受电开关之间的连接，一般采用矩形母线、管形母线、封闭母线、气体绝缘母线、电缆等几种方式。运行经验证明，采用电缆特别是单芯电缆连接的方式存在较大隐患。因为单芯电缆的感应磁场问题，轻则使供电负荷受到限制，影响生产效益；重则会导致严重发热甚至着火事故的发生。
关键词：单芯电缆；管形母线；技术改造
1 概述
单芯电缆特别是大截面单芯电缆的缺点很突出，主要表现为以下几点。一是电缆外护套一旦受损或金属毛刺插入外护套内，极易造成屏蔽层两点或多点接地，在屏蔽层中产生较大的感应电流，引起电缆故障。二是对电缆附近的铁支架、纯度不高的非磁性材料如抱箍等附件磁化，产生涡流而发热。三是同相多根并联时易形成偏流，各电缆的负载电流不均匀，导致个别电缆过载运行而引起故障。四是长线路电缆的屏蔽层感应电压高，有伤人危害。而源于德国的管形母线，在国内经过多年的发展亦已成熟并得到广泛应用，它具有很多优点。主要表现在以下几方面。一是导体表面电流密度分布均匀，集肤效应低，单位截面载流量大。二是交流电阻小，功率损耗低。三是绝缘性能强，绝缘材料耐热系数高，稳定性好。四是散热条件好，温升低。五是抗电器震动力强，不受环境干扰，可靠性高。六是敷设方式灵活，可电缆沟或架空敷设。在一定的场合用其替代电缆是很好的选择。
2 110kV变电站概况
2008年开工建设的一座110kV变电站，安装了3台115/10.5-63MVA电力变压器，额定电流为316.3/3464.1A。110kV系统采用扩大内桥的接线方式，10kV系统采用单母线分段接线方式，其中3号主变10kV侧为双分支，分为两段母线，四段10kV母线设有三个分段开关，中性点为不接地加消弧柜。110kV采用GIS开关，10kV采用真空断路器的KYN-28开关柜，电缆为下进线。主变10kV侧套管到开关室母线之间的联接，采用YJV-8.7/15- 1×630mm2单芯电缆，每相六根。总共54根电缆敷设在同一电缆沟内，同相的六根电缆并排敷设于F型支架的同一层上。三台主变并排安装，10kV开关室在其侧面。
图1 110kV变电站布置图
3 运行中出现的问题及原因分析
3.1电缆抱箍发热
变电站刚投入运行时负荷较轻，所有电缆运行都比较正常。随着负荷的增加，单芯电缆的问题逐步显现。用于固定单芯电缆的铝质抱箍发热，由于铝质抱箍杂质含量高，后来换为纯度高的铜抱箍。
3.2 铁质 F型电缆支架发热
随着负荷不断提高，发现F型电缆支架发热，负荷达45MVA以上时发热严重，最高达到110多度，严重之处已烫伤电缆外护套，存在重大安全隐患。为了降低支架温度，在电缆沟外增加风机散热，夏季高温期间甚至加冰块降温。在支架与电缆之间垫隔热材料，但由于电缆沉重且沟内拥挤，很多支架与电缆无法垫隔热材料，实在没有办法时只能限制负荷运行。
3.3支架发热的原因分析
由于每相六根单芯电缆敷设在铁支架的同一层面上，其感应磁场将支架磁化（吸住铁钳不脱落）。F型铁支架虽然没有形成闭合回路，但支架的金属面自身形成无数个闭合回路，因而产生涡流发热，负载电流越大，发热越严重。
4改造方案的确定
终合考虑并借鉴后期建设的其它变电站的配置，提出了采用管形铜母线替代单芯电缆的设想。随后联系了管母厂家到现场堪察，请设计院以及有关专家现场论证。一致认为可以采用架空敷设管形铜母线的方案，从根本上解决问题，确保安全运行。管形铜母线的敷设有两个方案，一是三台主变的管母全部从变压器室架空到10kV开关室，这个方案在#2变压器室的管母较为密集，风险集中。二是#2主变的管母从变压器室架空到10kV开关室，#1和#3主变的管母经GIS开关室沿墙架空到10kV开关室。当然，这两个方案都要将三台10kV开关柜的铜母排由下进线改造为上进线。经讨论认证，最后采用了方案二。
图2 110kV变电站管形母线改造方案
5 管形母线主要性能参数及相关要求
5.1主要性能参数
5.1.1额定电压10kV，最高运行电压12kV。
5.1.2额定电流4000A。
5.1.3电流密度 δ=IeR2-r2）=4000/3.14×（502-422）=1.731 A/mm2。
5.1.4短时耐受电流（4S）50kA，短路冲击电流（峰值）160kA。
5.1.5对地1min工频耐压50kV。
5.1.6雷电冲击耐压（峰值）95 kV。
5.1.7介质损耗因数，10-30℃和电压为1.05Ur/√3时，tanδ不大于0.007，在1.05 Ur/√3- Ur之间时，tanδ增值不大于0.001.
5.1.8局部放电水平<10pC。以上各项经确认均符合要求。
5.2 相关要求
5.2.1采用12kV复合屏蔽全绝缘铜母管线，铜管材质T2Y，纯度99.96%，规格为Φ100x8mm；绝缘屏蔽层外径117mm，绝缘绕包厚度不小于8.5mm；额定电流时温升≤45K；使用寿命大于30年。
5.2.2母线的中间接头采用专用连接器，确保连接可靠，并用等同于铜管部位的绝缘材料缠绕包扎，最后用绝缘热缩套管封闭。
5.2.3终端接头采用三条编织袋式铜软连接，规格是100x8x5000mm。
5.2.4所有托架采用铝合金轻型托架系统，其余钢件均为热浸锌。
5.2.5母线悬空跨距6m，中心距275mm。
6 改造实施及注意事项
经过一年多的技术准备工作，于2014年11月实施改造。变电站边运行边改造，3台主变轮流停电，历时18天完成改造工作。施工中除执行相关规范外，还应注意以下几个方面。
6.1母线中间接头用绝缘材料包扎时，要认真仔细，严格执行工作要求，否则现场交流耐压试验不合格，在施工中个别接头反复包扎多次才试验合格。
6.2每段母线接地要良好可靠。
6.3软连接热缩时，螺栓处可考虑使用活动绝缘护罩，便于散热、测温、检修。
6.4注意保留原有附件，验收时发现原来接在变压器10kV母线出口处的避雷器没有接入，后要求重新接入。
6.5穿墙时如需用金属框架作支撑，应使框架不构成闭合回路（我司其他变电站类似的金属框架有发热现象）。
结束语
管母改造完成投入运行近两年，运行情况良好，变压器在额定容量下运行也安然无恙。管形母线与单芯电缆相比，在安全可靠方面有较大优势。实践证明，无论在任何场合，即使是供、用电线路也应尽量少使用单芯电缆。如确需要用，则应考虑采用非导磁材料作电缆支架及相关附件，敷设时要采用品字形或其他有利于减少感应电流的方式，并确保同相并联的每根电缆长度相同。
参考文献：
[1] 江苏江鹤滑线电气有限公司《12kV复合绝缘屏蔽铜管母线的特殊说明》[M] 2014
[2] GB50149-2010电气装置安装工程母线装置施工及验收规范 [S]
论文作者:徐勇
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第34期
论文发表时间:2017/2/23
标签：母线论文; 电缆论文; 支架论文; 变电站论文; 护套论文; 电流论文; 屏蔽论文; 《北方建筑》2016年12月第34期论文;