大電流輸電母排設計

賴超，徐婷

(長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000)

某大型電鋅冶煉廠電解鋅規模為100kt/a，設置有一個電解系列，整流機組及直流輸電母排總的額定直流電流為240kA、額定直流電壓為440V。

1 輸電母排的選擇

根據上述系列電流及《有色金屬冶煉廠電力設計規范》（GB50673-2011）所要求的母線電流密度（鋁母線為 0．5 ～ 0．7A/mm2；銅母線為 1．0 ～ 1．5A/mm2），設計選用銅母線，考慮到電流分布的不均勻性，電流密度按1．0/mm2考慮，選用TMY-1000×30銅排8片作為輸電母排(見圖1)。

圖1 輸電母線截面圖

如此大的的輸電銅排，從其單位重量上便可感知，單位重量達每米2．14噸（不包括墊塊及支架等的重量）。但銅母排的受力情況就比較抽象了，下面詳細介紹輸電銅母排受力情況的分析及計算。

2 輸電母排的受力情況

2.1 正極母排或負極母排極間的相互作用力

根據電磁學相關理論可確定正負極間相互作用力為排斥力。

兩平行導體中分別有電流i1和i2通過時，導體間相互作用力公式為 F=2．04Kx×i1×i2×l/D（kg/m）。

式中：i1、i2——流過兩平行導體的電流瞬時值，kA；

l——平行導體的長度，cm；

D——導體中心距離，cm；

Kx——矩形截面導體的形狀系數，可根據與導體厚度b、高度h和中心距離D有關的關系式(D-b)/(h+b)和b/h查表得出。

從上圖可以得出：正負母線中心間距為1000mm，極內片間距離為30mm（同母線厚度），每片銅排輸送的額定電流為30kA。

正極內靠近負極的最邊的一片所受的力最大，同樣，負極內靠近正極最邊的一片所受的力最大。下面僅計算受力最大的這一片的受力情況。

同樣可以計算出極內其余各片銅排的受力情況，其計算結果如下表1。

表1

極間總的作用力為：154．2+146．5+139．45+133．25+127．65+122．15+116．95+112．05=1052．2kg/m。

2.2 正極母排或負極母排極內片與片間的相互作用力

根據電磁學相關理論可確定極內每片銅排之間的相互作用力為吸引力。

同樣是最邊的一片銅排受力最大，下面計算正極靠近負極最邊的一片所受的力情況。

2.3 應力分析

輸電母線固定支架最大間距為2000mm，受力最大的一片銅母排所受的應力

式中為單位長度內母線片總的的作用力，N/cm2；lc為母線固定支架中心距離，單位cm；銅母線的最大允許應力σy=14000N/cm2。

2.4 最不利情況下受力

根據經驗直流系統短路時，短路電流一般為直流額定電流的1．5～3倍，按最嚴重情況計算：

2.5 母線共振校驗

由于工作電流為直流，不必作共振校驗。

3 結語

綜上所述，設計的輸電母線就動穩定來說是安全的。本文為設計同類工程提供了較為完善的計算方法。

[1]中國航空工業規劃設計研究院組編．工業與民用配電設計手冊[M]．中國電力工業出版社，2005,10(3)．

[3]鋼鐵企業電力設計手冊[M]．冶金工業出版社，1996．