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    管母線關鍵技術特點及難點
      時間:  2019-2-25    點擊:2288
    絕緣管型母線雖然統一采用管狀銅質或鋁質導體,但絕緣型式各異。目前中國常見的絕緣管型母線分為澆注式、繞包式和擠包式。3種類型的管型母線具有各自顯著的絕緣結構特征,且在絕緣性能、工藝難度等方面各有優勢和難點。
    1 澆注式絕緣管型母線
    1.1 結構特征
    澆注式絕緣管型母線本體絕緣主要采用絕緣、半導電(粘性)電工皺紋紙帶纏繞,經環氧樹脂真空浸漬,加溫固化,形成一體化固體絕緣。
    在端部可以很方便地將半導電帶分層按一定尺寸纏繞主絕緣,形成類似套管中的電容屏結構,達到控制場強分布,減少場強集中的效果。
    澆注式絕緣管型母線接頭一般采用在導體連接外部外罩絕緣套筒的形式。套筒同樣是具有電容屏結構的絕緣筒裝結構,內屏與導體連接等電位,外屏為接地導體。兩端與本體密封連接,如圖2所示。
     
     



    1.2 技術優勢和難點
    澆注式絕緣管型母線具有以下優勢:(1)環氧浸漬紙絕緣是一種絕緣紙與環氧樹脂的復合絕緣,導體、半導體層和絕緣紙經加溫固化后,形成致密、緊實的一體化結構,既具有絕緣紙和環氧的良好絕緣和介電性能,又具有良好機械特性。已證實該種結構形式能有效保證至少在35 kV及以下電壓等級產品不發生內部局部放電。(2)端部和套筒的電容屏結構能夠有效控制場強,且實現簡單,均壓結構存在于絕緣內部,均在工廠預制,可靠性較高。(3)絕緣套筒保障了設備在連接處依然保持全絕緣性能,提高了安全性。
    同時,其絕緣結構和工藝也使得澆注式半絕緣管型母線設備存在以下技術難點:(1)環氧材料本身較脆,特別是屏蔽筒,在運輸、安裝中對防止跌落、撞擊的要求較高,同時需要考慮運行中的振動問題,以避免絕緣產生局部缺陷。(2)電容屏結構必須合理設計,并在生產、安裝中確保尺寸,否則可能導致局部場強集中,危害絕緣。(3)生產澆注式絕緣管型母線需要大型真空澆注和加溫固化設備,設備尺寸限制了單根母線長度(目前常規產品單根長度8 m左右),又因為其生產工藝復雜,該結構絕緣管型母線生產難度更大,成本更高。
    2 繞包式絕緣管型母線
    2.1 絕緣形式及相關結構
    利用聚四氟乙烯帶或聚酯薄膜材料纏繞,層間涂抹硅油形成主絕緣層。其端部均壓結構也可與澆注式一樣,應在絕緣中纏入多層半導電(導電)材料,形成電容屏,均勻場強。繞包式絕緣管形母線中間接頭處存在多種技術方案。
    其一,在接頭處將導體焊接成與本體等外徑的連接結構,然后按照本體的導體屏蔽層、絕緣層、電容屏層、絕緣屏蔽層和接地層逐層以纏繞方式恢復,并與所連接的兩段管型母線的端部結構接續成一個整體的無縫式型式,如圖3所示。類似結構在電力電纜中也有,但一般認為現場繞制的絕緣由于絕緣界面、工藝等的影響,其許用場強可考慮設計為本體的一半[9-10],因此這種等徑接續的方式只適用于絕緣裕度較大的低電壓等級絕緣管型母線。
      

    其二,對高電壓等級的絕緣管型母線,可將中間接頭的絕緣做成與澆注式原理相同的屏蔽筒型式,以達到與澆注式相同效果。
    此外,也有在導體連接處直接繞制增強絕緣的方法,但這樣表面并非零電位,因此并不推薦。
    2.2 技術優勢和難點
    繞包式絕緣管型母線具有以下優勢:(1)繞包式絕緣管型母線生產工藝簡單,流程環節少,產能充足。(2)現場故障恢復簡單,在故障點破開絕緣,逐層纏繞恢復絕緣結構即可。
    同時,繞包式絕緣管型母線設備存在以下技術難點:(1)聚四氟乙烯或聚酯薄膜本身性能優異,但其絕緣性能決定于繞包過程中是否形成致密、緊實的多層結構,而且現場安裝接頭時,更難控制質量。只有通過嚴密的工藝手段才能保障其性能。包繞不夠緊實的產品,絕緣層間容易引入氣泡、潮氣,另外,壓緊力下降后,絕緣性能將嚴重下降,且更容易受潮氣入侵,引發沿絕緣層間表面的放電。這種情況下,其絕緣強度主要取決于絕緣結構的特性而遠低于材料本征擊穿強度。(2)繞包式設備生產起步要求低,大量廠家集中于生產該類型產品,導致該類設備質量差異極大。僅有少量廠家采用機械纏繞的方式,并嚴格控制工藝過程,保障絕緣性能。
    2.3 擠包式絕緣管型母線
    2.3.1 絕緣形式和相關結構
    與電力電纜絕緣幾乎完全相同,利用橡塑材料(聚乙烯,硅橡膠、三元乙丙橡膠)原料呈粘稠的半流體狀性質,通過擠包機在導體表面擠出內半導電層、絕緣層和外半導電層。為保證半導電層與導電層結合緊密,生產中宜采用三層共擠工藝。
    擠包式絕緣管型母線與其他絕緣型式設備最大不同在于擠包式中間接頭與終端中無法插入電容屏形成均壓結構,而是通過預制件在地屏端部向外延伸形成喇叭口的應力錐結構,達到均勻場強的效果,如圖4所示。這一技術在電力電纜中發展已有較長時間,可以直接借用。
      

    管母線關鍵技術特點及難點

    2.3.2 技術優勢和難點
    擠包式絕緣管型母線的優勢與電纜結構相似,絕緣一體性較好、緊實,技術比較成熟,有電力電纜尤其是高電壓等級電力電纜生產經驗的廠家能夠順利轉向生產擠包式絕緣管型母線。
    絕緣管型母線的結構特征也使得其設計生產存在如下難點。(1)絕緣管型母線為增大載流量,須擴大管徑,此時,擠包時必須避免重力造成的絕緣偏心,這在絕緣尺寸整體半徑增大的條件下工藝難度更大,必須更為準確地控制整個擠包圓周上的溫度和擠包速度均勻性。(2)擠包型絕緣管型母線的彎管段成型是其生產中的難點。先彎金屬管后擠包,由于現今的技術水平和設備限制,尚未有廠家實現。先擠包后彎管會使已成型的絕緣受拉伸和擠壓,一是彎曲半徑受很大限制,相當于在絕緣上施加應力,拉伸會減薄絕緣而擠壓可能導致氣隙產生;二是預應力會降低材料的機械和性能。后者應在彎曲過程中注意應力的釋放。

     

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