电力系统建设中的绝缘导体设计探析

电力系统建设中的绝缘导体设计探析

金义锋

金义锋

广东圣辉电力工程有限公司

【摘要】我国供配电项目中的导体选择及布置非常关键，特别是一些新型的导体材料的迅速发展，也给绝缘体带来了升级。本文主要对绝缘导体的优化设计与应用进行分析比较，供同行借鉴参考。

【关键词】电气工程；绝缘导体

一、导体发展特点分析

随着我国工业的迅速发展，电气的设计安装及应用项目越来越多。如何进行电气设计才能对电力建设项目节约成本，取得经济效益。在电气设计中要根据项目的特点进行选择导体，除了满足基本要求外，还要考虑占地空间，满足日常的运行维护等方面的要求。

近几年来，各种导体研究一般都是采用高分子树脂基，聚四氟乙烯等性能稳定的绝缘材料外敷在裸露导体的表面，让原本裸露在空气中的导体变成绝缘体。目前比较具有代表性的有三种产品：绝缘铜管母线、树脂型绝缘母线槽、高压防水母线。它们的特点是绝缘性能好、防护等级高，长期泡在水中都没问题，而且经济。以下以绝缘铜管导体为例进行论述。

绝缘铜管导体在国外应用较早，别名绝缘铜管母线。实际上是利用铜管作为导体，外敷绝缘的一种母线产品。和常规的导体进行比较具有散热条件好，而且载流量大，电气绝缘性能高，维护方便等优点。

二、绝缘铜管母线的应用

（1）在变电站主变低压侧的应用

在电力系统及企业的自备变电站中，主变容量在不断加大，变压器低压出线侧的额定电流对导体的要求越来越高。以180MV?A的主变为例，主变低压侧电压10.5kV，低压侧的容量为100%的高压侧容量时，其电流为10392A，即使低压侧的容量是高压侧的50%时，其电流也达到了5200A左右，若更大容量的变压器，常规导体的额定载流量就成了制约低压侧电流输送的瓶颈。

在变电站的主变低压侧，为了限制10kV母线的短路电流，需要增加电抗器，这种限流电抗器无论是布置在室内还是室外，常规的共箱母线都不能满足安装要求，若采用矩形母线安装，会受载流量与导体带电距离的限制，即使能够选择出满足载流量的导体，由于导体的片数较多或截面积过大，都会给设计、安装、维护带来不便。此环境下选择绝缘铜管母线之后，导体选择与安装的问题都会迎刃而解，维护工作量也会大大减轻。

目前，从绝缘铜管母线的工程实例上看，它在变电站主变低压侧的应用最为普遍，而且运行情况十分良好。

（2）在大容量联络线路上的运用

在10kV系统中，若输送容量为5kA的线路，在输送距离为1km时，采用10kV的交联电缆送出，需要YJV22－10－3×300电缆12根，电缆的单价为103万元/km，总的电缆采购费用约为1236万元。若采用绝缘铜管母线，导体采用铜管截面为φ100mm×10mm（外径×壁厚），单价为1.08万元/m，总投资约为1080万元。

12根YJV22—10—3×300的电缆若在1200mm×1200mm的电缆沟中敷设，1000m的电缆沟（采用砖砌）的土建费用约为93万元，加上12km的电缆安装费用约为42万元；3根φ100mm×10mm绝缘铜管母线在600mm×600mm的沟道中敷设就可以满足要求，绝缘铜管母线也可以在已经有的综合管架上安装，这样土建费用会较电缆下降更多，若按600mm×600mm的砖砌电缆沟计算土建费用为23万元。

从上面的分析比较可以看出，采用电缆的设备材料购置、安装、土建的总费用约为1371万元，采用绝缘铜管母线的总费用约为1103万元，采用绝缘铜管母线的工程造价较电缆可以省268万元左右。当馈线的回路较多，线路更长时，经济效益会更加明显。

三、发电机出口导体的设计

根据设计技术的相关规程，对于200MW及以上机组的引出线，厂用分支应采用离相封闭母线。但对于125MW级及以下的发电机，出口的导体按照规程规定仍然用敞开式母线，这样就使得发电机出线小间的设计、安装处于落后的状态，会对机组的安全运行造成威胁，给检修也带来诸多不便。

下面以某电机厂的135MW的空冷发电机为例，对发电机出线小间采用绝缘管铜母线进行了优化设计，并与采用双槽铝导体进行技术比较，从多个方面分析比较两种导体运用在此处的优劣，如表所示。发电机额定电流6645A，额定电压13.8kV，选择铝双槽形导体200mm×90mm×12mm，载流量8080A。若选用铜管母线，φ120mm×12mm，载流量8000A。

表1绝缘铜管母线与裸导体技术比较

从上表可以看出，绝缘铜管母线在技术上的优势明显，特别当空冷发电机的出线导体在风道内安装的情况，由于空间狭小，导体的断面又大，绝缘子不易固定，导体带电距离很难满足要求，在工程设计配合或者在安装中失之毫厘，便会给工程安装带来棘手的问题。采用绝缘导体之后这些问题就会迎刃而解，起到事半功倍的效果。

由于发电机出口及小间的安装布置较为复杂，但耗用导体的材料较少，经济投资上的效益差异不明显，所以上表仅从技术上进行比较。

四、在300MW级空冷发电机出口及厂用分支运用的一些设想

目前某汽轮机厂生产的300MW级的发电机已经采用了空气对定子及转子进行冷却，并且已经有了商业运行的经验，在未来的主机选型上，采用空冷的发电机会越来越多地应用于工程中。空冷发电机与水氢冷却的发电机在出线的导体安装上有很大差异，空冷发电机的汽轮机基础中有冷风道，用来对发电机内部的热空气进行循环冷却，受封闭母线外形尺寸的限制，发电机出线的离相封闭母线无法直接进入风道与发电机的端子相连。例如某轮机厂生产的QFW－350－2发电机，发电机额定电流为10806A，这时发电机的出线及中性点的导体若选择槽形导体，风道的尺寸很难满足安装要求。

在某自备电厂工程的300MW级空冷发电机的引出线设计时，要求发电机厂对冷风道内的发电机引出线设计并供货，发电机厂采用铜导体沿冷风道的内壁引下，在风冷道的开孔处与离相封闭母线相连。汽轮机基础与冷风道设计是由设计院负责，主机厂在进行引出线的设计时，还需要与设计院的结构专业进行配合，这样给工程的设计与供货带来了诸多不便。因为绝缘铜管母线的载流量大，在安装上也没有太多的空间限制要求，若在风道内采用绝缘铜管母线，上述的问题就会迎刃而解。

对于发电机引出线的主回路，高厂变的低压侧，常规的导体选择还是采用离相封闭母线与共箱封闭母线，从绝缘铜管母线的技术性能上看，是完全能够满足这两个部位要求的。若能够将发电机引出线、高厂变及起备变低压侧的封闭母线按绝缘铜管母线选择，势必对排柱前的空间及主厂房配电室的布置带来新的想象空间。

五、结束语

综上所述，我们发现绝缘铜管母线相比常规的绝缘材料要好很多，带电距离、导体安装空间均得到有效解决。在电力工程项目设计中，绝缘铜管母线的应用也非常普遍，变压器低压侧或发电机出口处的应用都取得不错的成绩，整体运行稳定。