李金明，李金海

1 前言

國外某2×10 000t/d水泥熟料生產線的供電方式為自備電廠供電，兩條生產線均采用若干獨芯大規(guī)格YJV電力電纜，通過地下電纜溝，將電纜敷設至水泥生產線總配電站，用于電能傳輸。從自備電廠至總配電站的供電距離約970m，額定電壓13.8kV，設計最大供電電流4 000A。生產線建成初期，供電系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定，但運行若干年后，由于電纜溝內通風散熱不暢、工況惡劣，電纜逐漸老化，導致供電系統(tǒng)電纜附加損耗增大、集膚效應系數(shù)增大，載流能力下降、電流分布不均，供電系統(tǒng)運行中產生的渦流影響越來越嚴重。特別是在夏季高溫時期，電纜頻繁對地放電，易造成生產供電中斷，甚至造成生產設備故障損壞，嚴重影響了水泥生產線窯系統(tǒng)的正常生產。

2 改造要求

（1）不再使用電纜供電方案，新供電方案應安全可靠，基本免于維護。

（2）新供電方案應能適應現(xiàn)場夏季高溫、冬季沙塵暴頻繁等惡劣工況。

（3）地下電纜溝內空間狹小，在電纜出現(xiàn)故障后，電纜修復工作很難快速開展，故不再使用原電纜溝。新供電方案要求采用鋼結構桁架敷設導體供電，因停窯時間短，供電系統(tǒng)改造施工時間不能太長，以免影響水泥熟料的生產。

3 絕緣管型母線結構

母線作為電力系統(tǒng)配電裝置中的重要連接導體，起著匯集、分配和傳輸電能的作用，母線的性能優(yōu)劣，直接影響到電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。相比傳統(tǒng)的電纜母線、矩形母線或封閉母線，絕緣管型母線具有載流量大、集膚效應低、溫升低、允許應力大、安全防觸電、穩(wěn)固抗震、安裝方便、免于維護等優(yōu)點，其應用越來越廣泛。絕緣管型母線與銅排母線的技術經濟性能對比見表1。

表1 絕緣管型母線與銅排母線的技術經濟性能對比

絕緣管型母線的結構見圖1。絕緣管型母線的載流導體一般采用具有一定厚度的優(yōu)質高純度T2y空心紫銅管，含銅量≥99.90%；絕緣管型母線的導體屏蔽層由三元乙丙橡膠與高分子材料聚合而成，可以改善管型母線的電場分布、控制電位和均衡電場，逐級衰減泄漏電流，避免導體與主絕緣層之間發(fā)生局部放電；絕緣管型母線的主絕緣層材料采用硅油滲漬纖維及高性能聚四氟乙烯定向箔膜，可在-250℃~250℃溫度環(huán)境中正常工作，并具有優(yōu)良的電氣性能和化學穩(wěn)定性，介電損耗小、阻燃、抗老化性能好，使用壽命一般＞30年。絕緣管型母線的金屬屏蔽層采用高強度的編制銅網帶；外套保護層使用聚烯烴高分子聚合物絕緣護套。每段管型母線接頭處均設有屏蔽筒接地層，以實現(xiàn)有效接地，并保證電勢為零，不會產生磁渦流現(xiàn)象。

圖1 絕緣管型母線的結構

4 絕緣管型母線特點

相比傳統(tǒng)的電力電纜或銅排母線，絕緣管型母線具有以下優(yōu)點：

（1）載流量大。相比常規(guī)矩形導體和電力電纜導體，絕緣管型母線空心的銅載流導體具有表面積大、導體表面電流密度和電場分布均勻、阻抗小等特點，最高額定傳輸電流可達8 000A，適用于工作電流大的供電回路。

（2）電氣絕緣性能強、耐腐蝕。管型母線導體外部采用絕緣性能強的聚烯烴高分子聚合物絕緣護套，具有優(yōu)良的電氣性能和化學穩(wěn)定性，損耗低，阻燃、耐老化，表面電氣絕緣性能強，采用編織銅網作為屏蔽層，母線表面電場分布均勻。

（3）散熱性能突出、損耗低。母線導體為空心，內徑風道自然風冷，導電銅管的集膚效應系數(shù)Kf接近于1，交流電阻小，因而母線功率損失小，單位截面的有效載流量高，損耗遠小于常規(guī)矩形導體。

（4）允許應力大、機械強度高、抗電氣震動性能強?？沙惺芨蟮亩搪冯娏鳎畲笾慰缇嗫蛇_9m?？芍苯訉⒔^緣管型母線固定在鋼結構桁架或混凝土支架上，具有很強的抗震動性能。

（5）可靠性高、使用壽命長。絕緣管型母線的各相封閉、屏蔽、絕緣，內置金屬接地層，具有傳導泄露電流和充電電流的作用，可以對危險的接觸電壓進行防護。內部無凝露產生，且消除了外界潮氣、灰塵及外物所引起的接地和相間短路故障，運行具有高度的安全可靠性。

（6）結構簡單、布置清晰、安裝維護方便。與常規(guī)電纜相比，絕緣管型母線一次性安裝成型，終身免維護。

某國外水泥廠供電改造項目絕緣管型母線的基本技術參數(shù)見表2。

表2 某供電改造項目絕緣管型母線的基本技術參數(shù)

5 管型母線設計施工安裝要點

（1）現(xiàn)場測量，選擇合理的管型母線走向路徑及支撐桁架布置位置，準確設計施工圖紙及確定施工方案。

（2）確定管型母線與終端電氣設備的連接方式。管型母線與終端電氣設備（一般為變壓器、開關柜等）的連接一般采用銅帶式或銅排式。

a銅帶式連接。將管型母線端部通過螺栓將軟編織銅帶與電氣設備端部連接，這種方式屬于軟連接，它可有效地避免設備運行震動傳導至母線，同時可修正土建安裝偏差。銅帶式連接如圖2所示。

圖2 銅帶式連接示意

b銅排式連接。將管型母線端部通過螺栓將矩形銅排與電氣設備端部直接連接，這種方式屬于硬連接。對管型母線與終端電氣設備施工安裝而言，這種連接方式需要更加精確的測量和安裝精度，并且現(xiàn)場施工偏差的修正處理相對困難。銅排式連接示意見圖3。

圖3 銅排式連接示意

在本文所介紹的改造項目中，管型母線兩端連接的終端電氣設備均為中壓開關柜，且兩端的開關柜已固定安裝運行多年，因此，管型母線與開關柜之間采用銅排式連接。在銅排式連接安裝完畢后，在開關柜后加裝安全隔離保護箱，將整個連接部位進行封罩，以避免帶電運行后，巡檢人員跨越時接觸觸電。

（3）管型母線托架采用優(yōu)質槽鋼焊接制作，表面熱鍍鋅鈍化處理，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能；托架用螺栓連接，無需現(xiàn)場焊接，安裝、拆卸方便；托架上設有金具滑軌，通過滾軸與母線固定金具連接，該結構可以吸收母線運行和停機檢修時，熱脹冷縮的長度變化；母線采用不導磁的鋁合金固定金具夾持固定，并通過滾軸與托架連接，有效避免了單根母線出現(xiàn)閉合磁路導致運行事故，確保母線安全運行。安裝及固定管型母線的托架及固定金具示意見圖4。

圖4 安裝及固定管型母線的托架及固定金具示意

（4）管型母線段與段之間，采用單邊開口的不銹鋼抱箍（不銹鋼304）和銅抱箍（T2y銅管）的外置式中間連接結構，現(xiàn)場安裝時使用專用工具，使銅抱箍和不銹鋼抱箍與母線全面貼合。

（5）管型母線直接穿過墻面的預留孔洞時，穿墻處需使用非導磁材料（可以選擇絕緣環(huán)氧樹脂板或鋁合金板）進行封堵，以防小動物、粉塵或雨水進入到室內。

（6）在長距離敷設管型母線時，需進行若干次換相處理，以抵消渦流，保證管型母線長期可靠運行。某水泥廠管型母線現(xiàn)場施工圖見圖5。

圖5 某水泥廠管型母線現(xiàn)場施工圖

6 結語

該水泥廠絕緣管型母線投入運行三年以來，配電系統(tǒng)實際運行電壓14.5kV，滿負荷運行電流約2 700~3 100A。無論是在戶外氣溫近50℃的夏季，還是沙塵肆虐的冬季，絕緣管型母線供電部分均未出現(xiàn)過故障，整個系統(tǒng)運行安全，穩(wěn)定可靠，基本免維護。

近年來，隨著合金材料的快速發(fā)展及應用，鋁合金管型母線開始逐步應用于供配電領域。鋁合金管型母線以鋁為主材料，另添加少量鎂、錳、銅、鉻、鋅、硅等元素制成。目前，市場上主要采用的是6000系列標號的鋁合金管型母線，鋁合金管型母線具有良好的可成型性、可焊接性、耐腐蝕性及可機加工性能，同時具有一定的機械強度。

在相同載流量情況下，鋁合金管型母線管徑大于銅管型母線；而在同等截面積情況下，鋁合金管型母線重量輕于銅管型母線?？傮w來看，鋁合金管型母線具有一定的性價比優(yōu)勢，并且相比同尺寸銅管母線，其重量要輕很多，更適用于現(xiàn)場土建基礎施工及使用鋼結構桁架敷設，同時，有利于降低母線安裝成本。在大容量、長距離供配電項目上，需結合項目實際情況，對比銅管母線和鋁合金母線的各自特點，擇優(yōu)選擇。