肖健

國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司 四川成都 610041

管形母線（管母）主要用在輸電導(dǎo)線與變電站變壓器間導(dǎo)體連接、輸電線路中跳線、電力設(shè)備中連接導(dǎo)體、直流融冰裝置中過流導(dǎo)體，分為支柱絕緣子支撐式和懸式絕緣子串懸掛式兩類，有占地面積少、架構(gòu)簡(jiǎn)明、布置清晰、母線集膚效應(yīng)系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，是輸變電系統(tǒng)中承載電流的關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行作用重大。

1 管形母線更換概述

支柱式管形母線指使用支柱絕緣子支撐的管形母線，目前變電站管形母線材質(zhì)有6063鋁錳硅合金、LF21Y鋁錳合金和LDRE稀土鋁合金等。管母更換工作包括施工準(zhǔn)備、開箱檢查（報(bào)告檢查、材質(zhì)檢驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)抽檢）、舊管母拆除、基礎(chǔ)復(fù)驗(yàn)（軸線、標(biāo)高、水平）、管母加工（配料、下料、裝配）、管母焊接、管母吊裝、安裝后調(diào)整、交接試驗(yàn)等，其中對(duì)更換質(zhì)量有重要影響的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有材質(zhì)檢驗(yàn)、焊接、預(yù)拱、吊裝及吊裝后調(diào)整。

2 關(guān)鍵工藝質(zhì)量控制措施

支柱式管形母線更換的關(guān)鍵工藝質(zhì)量控制措施有以下幾方面：

2.1 材質(zhì)檢驗(yàn)

材質(zhì)檢驗(yàn)作為管母安裝質(zhì)量的基礎(chǔ)，是設(shè)備、金具及耗材到貨后開展的第一工作，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件和合同規(guī)定進(jìn)行逐一核對(duì)。

管母檢查一般采用外觀檢查、資料檢查、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等方法，重點(diǎn)包括表面光滑平整，無(wú)裂紋損傷，壁厚均勻。規(guī)格、型號(hào)和材質(zhì)符合設(shè)計(jì)單位要求，產(chǎn)品合格證齊全。管形母線軸線彎曲度符合規(guī)范要求（表1）[1]，彎曲度超過標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行校正。

表1 鋁合金管允許彎曲度

金具檢查包括襯管、終端球、封端蓋、阻尼線等，檢查表面是否光潔，有無(wú)毛刺，規(guī)格、型號(hào)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)品合格證齊全。

焊接材料應(yīng)檢查焊絲材質(zhì)與管母匹配，合格證及試驗(yàn)報(bào)告齊全。氬弧焊焊機(jī)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件及焊接需求，保護(hù)氣體純度符合要求。焊接產(chǎn)品試件的檢驗(yàn)試驗(yàn)報(bào)告齊全，焊接工藝規(guī)程滿足現(xiàn)場(chǎng)工作需求。

2.2 管母焊接

管母焊接包含焊接工藝規(guī)程擬定、試件焊接及檢驗(yàn)、管母加工、管母焊接、配件裝配等工序。

焊接工藝規(guī)程應(yīng)由具有一定專業(yè)知識(shí)和相當(dāng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)員擬定，試件焊接應(yīng)由本單位技能熟練的焊工，使用本單位的焊接設(shè)備施焊。試件焊接檢驗(yàn)項(xiàng)目至少應(yīng)包括外觀檢查、無(wú)損檢測(cè)、力學(xué)性能試驗(yàn)和彎曲試驗(yàn)[2]。

管母加工：管母焊接接頭必須加工坡口[3]，坡口角度應(yīng)根據(jù)管母壁厚來(lái)確定，具體參數(shù)依據(jù)設(shè)計(jì)文件要求或執(zhí)行鋁母線焊接技術(shù)規(guī)程要求。接頭處應(yīng)設(shè)補(bǔ)強(qiáng)孔，數(shù)量滿足設(shè)計(jì)圖紙要求。補(bǔ)強(qiáng)襯管長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)要求并與管母匹配，縱向軸向應(yīng)位于焊口中央，襯管與管母的間隙應(yīng)小于0.5mm，管母接頭加工示意圖如1所示。

圖1 管形母線接頭處加工示意圖

管母焊接[4]：焊接前管母對(duì)接部位兩側(cè)、襯管焊接部位、焊絲應(yīng)除去氧化層。管母對(duì)口應(yīng)平直，彎折偏移不應(yīng)大于2%，中心線偏移不應(yīng)大于0.5mm，管母對(duì)接間隙符合規(guī)范要求。焊點(diǎn)應(yīng)避開支柱絕緣子固定位置及隔離開關(guān)靜觸頭夾具，保持焊縫距夾具邊緣≥50mm。

焊接宜采用氬弧焊，直徑大于300mm對(duì)接接頭采用對(duì)接焊。焊接現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)采取防風(fēng)措施，每道焊縫應(yīng)連續(xù)施焊，過程中不得中斷氬氣保護(hù)。焊接時(shí)應(yīng)將襯管置于管母接頭中間位置，首先在補(bǔ)強(qiáng)孔處進(jìn)行定位焊接，再將管母與襯管接頭坡口處進(jìn)行固定焊接，焊接成形后管母待冷卻后方可挪動(dòng)。

焊接后應(yīng)進(jìn)行焊縫檢查，管母對(duì)接焊縫應(yīng)有2-4mm余高，所有焊縫、焊點(diǎn)應(yīng)平整、光滑。330kV及以上電壓的硬母線焊縫應(yīng)呈圓弧形，不應(yīng)有毛刺、凹凸不平。在重要導(dǎo)電部位及主要受力部位，對(duì)接焊縫應(yīng)進(jìn)行射線抽檢合格。若焊接接頭經(jīng)檢查有超出標(biāo)準(zhǔn)的缺陷時(shí)，應(yīng)查明原因，制定措施進(jìn)行返修。

2.3 管母預(yù)拱

室外環(huán)境中管母受跨度、自重、風(fēng)阻、覆冰和電動(dòng)力等因素影響會(huì)產(chǎn)生弧垂現(xiàn)象，如果受力分析及設(shè)計(jì)參數(shù)不合理容易引發(fā)安全事故，因此在管母安裝前應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)及設(shè)備結(jié)構(gòu)的具體情況開展管母撓性計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果決定是否進(jìn)行預(yù)拱處理。

細(xì)長(zhǎng)物體（梁、柱）的撓度是指物體在變形時(shí)其軸線上各點(diǎn)在該點(diǎn)處軸線法平面內(nèi)的位移量。運(yùn)行狀態(tài)下管母撓度不僅受自重、風(fēng)、覆冰等靜載荷因素的影響，還受到電動(dòng)力、地震力等動(dòng)載荷因素影響，在計(jì)算上是動(dòng)靜載荷多個(gè)參數(shù)共同疊加作用下的總和。

撓度的計(jì)算公式[5]為f=f1+f2（mm），f1為均勻載荷撓度，f2為集中載荷撓度。對(duì)于跨距不同、截面相同的管母來(lái)說，式中f1為管母、阻尼線自重產(chǎn)生的撓度（忽略補(bǔ)強(qiáng)襯管等重量不均勻位置），f2為隔離開關(guān)靜觸頭、補(bǔ)強(qiáng)襯管等重量產(chǎn)生的撓度。

其中，f1=（5qL4）/（384EJ），f2=（G1L3）/（48EJ）。

上式中，E：管形母線彈性模量，kg/mm2。

J：慣性矩，J=π（D4-d4）/64，mm4，

其中D為管形母線外徑，d為管形母線內(nèi)徑，mm。

L：兩支撐點(diǎn)間距，mm。

q：管形母線（包括管管內(nèi)部的阻尼線）單位長(zhǎng)度質(zhì)量，kg/mm。

G1：隔離開關(guān)靜觸頭質(zhì)量，kg。

實(shí)際生產(chǎn)工作現(xiàn)場(chǎng)由于管母材質(zhì)不同、管母跨間結(jié)構(gòu)不同、配套金具及設(shè)備的重量不同，管母擾度的計(jì)算參數(shù)需根據(jù)設(shè)備具體情況來(lái)開展相應(yīng)的分析計(jì)算。

在計(jì)算出管母撓度值后開展計(jì)算值與設(shè)計(jì)值的對(duì)比，《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》推薦對(duì)大容量或重要配電裝置的支柱式管形母線，在無(wú)冰無(wú)風(fēng)的條件下，以跨中撓度不大于D/2（D為管形母線外徑）作為選擇管形母線的剛度控制條件，因此管母撓度計(jì)算值應(yīng)不超過該指標(biāo)。不同規(guī)程對(duì)管母的設(shè)計(jì)撓度值要求有所不同，如果計(jì)算值小于D/4（D為管母外徑），現(xiàn)場(chǎng)可不進(jìn)行預(yù)拱[6]，反之則需要進(jìn)行預(yù)拱處理。

管母預(yù)拱可采用人工預(yù)拱或機(jī)械預(yù)拱的方法，原理是通過外力作用使管母產(chǎn)生塑性變形抵消自然弧垂的影響。人工預(yù)拱一般采用兩點(diǎn)或多點(diǎn)拉力成型的方法，在管母預(yù)彎位置做好標(biāo)志，逐次增大拉力，同時(shí)做好記錄。機(jī)械預(yù)拱是指借助自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備進(jìn)行管母預(yù)拱操作，近年來(lái)新研發(fā)的機(jī)械預(yù)拱設(shè)備較多，目前已有較多產(chǎn)品可供選擇。

由于撓度的計(jì)算存在一定前提條件，因此理論計(jì)算值和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值存在一定程度的偏差。在現(xiàn)場(chǎng)工作中也采取實(shí)測(cè)撓度法，具體是先選取任一位置試做一根管母，將管母吊裝至支柱絕緣子后實(shí)測(cè)其撓度值，然后進(jìn)行實(shí)測(cè)值與要求值的對(duì)比，根據(jù)結(jié)果決定是否進(jìn)行預(yù)拱，如果偏差超大要進(jìn)行預(yù)拱處理，按照要求對(duì)管母預(yù)拱后再進(jìn)行安裝，其他同位置的管母按照該實(shí)測(cè)撓度值進(jìn)行統(tǒng)一處理。

相比理論計(jì)算法，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法增加了額外的工作量，考慮到管母規(guī)格和不同位置管母長(zhǎng)度的差異性，有時(shí)需選取多個(gè)樣本進(jìn)行實(shí)測(cè)，工作效率較低。通過現(xiàn)場(chǎng)大量數(shù)據(jù)對(duì)比，一般理論計(jì)算法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)法的偏差值在可接受范圍內(nèi)，兩者均可得到管母的撓度值。

2.4 管母吊裝

管母吊裝包括吊裝前準(zhǔn)備、吊裝過程控制、管母緊固及調(diào)整等。

吊裝前準(zhǔn)備包括支柱絕緣子檢查、吊機(jī)及吊具準(zhǔn)備、管母檢查等。支柱絕緣子檢查是復(fù)核管母安裝的基礎(chǔ)軸線、水平線、標(biāo)高相一致。由于管母普遍較長(zhǎng)通常需采取多吊機(jī)吊裝，現(xiàn)場(chǎng)宜安排同品牌同型號(hào)吊機(jī)及配套吊具，吊裝時(shí)由司索統(tǒng)一指揮。管母檢查包括管母外觀檢查、管母連接金具檢查、終端球滴水孔檢查等。

吊裝時(shí)應(yīng)采取多點(diǎn)起吊方式，吊裝前應(yīng)在管母兩端各設(shè)一條牽引繩進(jìn)行位置控制，防止吊裝時(shí)管母旋轉(zhuǎn)或滯空時(shí)管母擺動(dòng)誤碰其他設(shè)備。當(dāng)管母吊離地面時(shí)應(yīng)再次清潔管母表面，并應(yīng)在管母最低點(diǎn)開直徑6mm滴水孔。吊裝過程應(yīng)控制始終保持管母的水平，兩端高差不大于500mm。

管母吊裝到安裝位置后應(yīng)對(duì)管母及其對(duì)連接金具位置進(jìn)行調(diào)整，連接金具分為固定支持金具、滑動(dòng)支持金具。管母在支柱絕緣子上的固定支持金具每段應(yīng)設(shè)置一個(gè)，宜位于全長(zhǎng)或兩母線伸縮節(jié)的中點(diǎn)。在進(jìn)行管母和連接金具的安裝時(shí)應(yīng)檢查管母與支持金具的配合情況。管母在滑動(dòng)支持金具處應(yīng)能自由伸縮，滑動(dòng)支持金具軸座與管母之間應(yīng)有1-2mm的間隙。管母吊裝后的調(diào)整工作需反復(fù)檢查，確保管母與支柱絕緣子的軸線中心相一致，同相管段的軸向處于同一垂直面，三相母線管段的軸向相互平行。

在調(diào)整工作完成后進(jìn)行螺栓緊固，應(yīng)將螺栓由下向上穿、螺母在上方進(jìn)行緊固處理。若因特殊原因無(wú)法保證螺栓穿入方向，應(yīng)將螺母置于便于維護(hù)側(cè)，螺栓長(zhǎng)度宜露出螺母2-3螺扣。

2003年1月4日，220kV華容變220kV1號(hào)管母支柱瓷瓶斷裂、管母跌落，原因?yàn)橹С止苣傅慕鹁咴诠钆浜仙喜粷M足滑動(dòng)配合要求，以及管母運(yùn)行多年后內(nèi)部積水、蠕動(dòng)變形等使撓度加大。

該事件是由多個(gè)原因疊加造成的設(shè)備故障，通過前文所列的管母更換關(guān)鍵技術(shù)的管控措施是可以消除的。在管母安裝前開展撓度計(jì)算及預(yù)拱處理可以有效防止管母安裝后應(yīng)力過大。在管母吊裝前最低位置開排水孔可以防止管母內(nèi)部積水。在管母安裝后檢查管母與支持管母固定金具的滑動(dòng)配合情況，管母滑動(dòng)支持金具在母線熱脹冷縮時(shí)，母線連同其固定金具緊固件能通過滑桿在金具底座槽內(nèi)滑動(dòng)，從而避免將母線的伸縮應(yīng)力傳遞給支柱瓷瓶。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家“新基建”政策的落地執(zhí)行，特高壓等電力建設(shè)的發(fā)展將進(jìn)一步提速，老舊管母由于存在短路電流能力不足等問題必然會(huì)進(jìn)行升級(jí)改造，管母的更換質(zhì)量將越來(lái)越受到重視，提高管母更換工藝質(zhì)量是變電站變電檢修維護(hù)工作必須考慮的關(guān)鍵問題。

本文通過總結(jié)大量管母更換實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)照國(guó)內(nèi)外先進(jìn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，分析運(yùn)行維護(hù)過程中典型案例，從材料檢驗(yàn)、焊接質(zhì)量、預(yù)拱處理、吊裝方法、安裝后調(diào)整等關(guān)鍵環(huán)節(jié)對(duì)支柱式管母更換進(jìn)行研究，能夠有效消除常見質(zhì)量缺陷，有效提升管母更換工藝質(zhì)量，能夠?yàn)轭愃乒こ烫峁﹨⒖?，具有較強(qiáng)的實(shí)踐性和指導(dǎo)性。