管形母線在鐵路牽引變電所的應用

楊朝

摘? ?要：隨著鐵路電氣化的大力推廣，鐵路牽引變電所的載流能力需要進一步被擴充。而管型母線作為一種全新的載流導體，具有顯著的性能優勢，逐步成為電力材料的主力，其發展前景廣闊。本文首先對母線的應用做簡單概述，然后分析管型母線的一些應用特點，最后基于管型母線在鐵路牽引變電所中的實際應用，研究其應用控制要點，希望能夠推動管型母線在各個電氣領域中的應用。

關鍵詞：管型母線? 鐵路牽引變電所? 應用

近年來，我國對于新建高速鐵路、客運專線、重載鐵路、普速鐵路等均采用電力牽引，同時，也不斷加強對既有鐵路的電氣化建設，使得鐵路電氣化得到全面推進。這就需要牽引變電所具有較高的載流能力來滿足使用需求。電氣化鐵路中變電所的主變容量更顯著增加，出線電流隨之增加，變壓器低壓出線側母線額定電流也呈現上升趨勢，在這種情況下，常規的矩形母線已經不能滿足電力動力需求，并且呈現出附加損耗增加，集膚效應增加，電流分布不均勻等異常現象，進而影響變電所的安全性和穩定性[1]。對此，采用管型母線來代替矩形母線，并在實際應用中取得了良好的應用效果。

1? 母線的應用概況

母線作為變電所的主要載體，能夠有效傳輸、匯集和分配電能，主要采用銅、鋁等其他導電性較好的金屬合金材料而制成，并將其制作成不同形式的線材，如矩形、管型等。管型母線是一種常用的硬母線，具有固定的形態，在安裝運行中使用方便，性能優異。近年來，導線材料加工技術和加工設備越來越先進，管型母線等母線外層可以外敷一層絕緣表層，以提升母線線材的屏蔽絕緣性，使其能夠應用到各種不同的使用環境中[2]。

2? 管型母線的應用特點

2.1 載流量大

管型母線是以銅管或者鋁合金為主導體，其外表面呈圓形表面，大大增加了電纜的有效表面積，這樣不僅能夠增加母線的載流量，而且使得表面的電流分布比較均勻。矩形母線因為具有四個棱角，使得棱角處容易發生電荷聚集，造成局部發熱等現象。同時，管型母線一般是中空的，這在一定程度上使得溫升較低。例如，載流量均為4000A的管型母線和矩形母線，管型母線的截面積1491.5mm2，電路密度為2.68A/mm2，而矩形母線的電流密度僅為1.04A/mm2，溫升卻在70K左右。因此，管型母線不僅適用于工作電流較大的變電所，而且能夠有效降低電能消耗。

2.2 集膚效應低，功率損失小

管型母線的結構特點使得其集膚效應系數較低，通常在1以下，因此在電路中所形成的交流電阻較小，進而使得功率損失較小。這樣，管型母線雖然被應用在金具、鋼結構及支柱內的鋼筋等導磁材料上，卻不會產生高強度的電磁反應。

2.3 允許應力大，跨距大，機械強度高

對于以銅管為主的管型母線，其允許應力和抗拉強度相對較大，這都是有利于提升管型母線承受短路電流能力的，再加上管型母線布置過程中主要以鋼架結構作為支撐，顯著增加了管型母線的跨距，并具備較強的抗震動能力。根據相關實驗數據統計，銅管母線在額定電流為4000A，電壓為10kV的條件下，其所能夠承受的短路電流為63kA，因此，管型母線可以用來連接開關柜、電抗器等配件，并且能夠達到Ⅶ級的抗地震能力[3]。

2.4 散熱好，溫升低

管型母線的結構特點是中間空心，兩端帶有必要的通風孔，這種結構有利于熱空氣在中空管道中形成對流，具有良好的散熱效果，使得溫升較低，不會出現過熱現象。

2.5 不易受外界環境影響，可靠性較高

管型母線的每一相間均是封閉屏蔽絕緣。因此，管型母線在使用過程中不存在凝露、污穢等，而且能夠有效阻止外界潮氣、灰塵等污染物所引發的接地現象。管型母線的使用過程中不容易受到外界各種消極因素的影響，不易觸發各種故障問題，具有較強的可靠性。

2.6 母線架構簡明、布置清晰、安裝方便、占用空間小、適用范圍廣

管型母線的安裝環境比較廣泛，室內或者室外安裝均可，同時對于安裝環境比較復雜的空間，如架空、爬墻、電纜夾層、電纜隧道等均可以采用管型母線。管型母線的絕緣性對布置間距要求較小，在空間布局上具有較強的靈活性，因此，安裝使用范圍較廣。

2.7 母線免于維護、壽命長、造價低

管型母線在標準安裝后，一經安裝成功后，其使用壽命可以長達30年，而且不需要經常維護，后續維護成本較低，具有一定的經濟意義。

3? 管型母線在鐵路變電所安裝使用過程中的控制要點

管型母線在安裝過程中，通常采用弧形金屬壓板將管型母線與設備進行連接，同時在母線的端部應該緊固一段軟銅帶，來保障接觸電阻為零，需要注意的是軟銅帶必須確保連接緊密。而對于母線之間的連接，一般是將開口銅緊固連接在母線上來達到接觸電阻為零的效果。同等母線電壓等級的絕緣處理，需要按照管型母線的安裝使用標準達到相應的絕緣要求。母線安裝過程中不可避免的會設計到彎曲布局安裝，但需要根據實際安裝布置情況進行嚴格加工，以保障母線布局上的準確性。

此外，管型母線應該盡可能的減少接頭，對于不可避免的留有接頭的位置需要做好位置的調整，盡量轉移到不會影響操作維護的地方，且不容易讓工作人員接觸到，以免發生觸碰造成意外。母線安裝過程中需要有效保障線材的伸縮位置，避免因為超過線材伸縮量的正常范圍而受到損壞。安裝過程中要注意保護管型母線外面的絕緣層，以免絕緣層受到損害，造成絕緣性能下降，并保證管型母線兩端能夠接地，有效提升管型母線安裝使用過程中的安全性能。

4? 管型母線在鐵路變電所中的應用

舉例來說，某變電所需要進行擴能改造，在原有變電所結構的基礎上新增一條電氣化鐵路，這就需要增加鐵路的饋出端，并對主變壓器進行擴容。這樣，原有的27.5kV主導流回路輔助母線的載流能力，并不能滿足改建后的工作需求，因此，在綜合衡量后，將27.5kV室外軟導線型母線改為管型母線。

在電氣化鐵路牽引變電所改造過程中，受系統中110/220kV高壓進線的限制，不同的導線選型直接關系到27.5kV牽引饋線出現需求、總平面圖布置需求、機械受力和運營維護管理等方面。在牽引變電所室外裝置導流回路中通常采用鋼芯鋁絞絲，結構簡單，安裝方便，經濟成本較低。牽引變電所室內的高壓裝置則常采用矩形導體，這是因為矩形導體肌膚效應系數小，在土建安裝方面具有較高的要求。但是，近年來，隨著管型母線的出現以及自身的巨大優勢，被逐步應用到牽引變電所的改造項目中。在該案例中，管型母線就以其自身的優勢被用來直接連接高壓室，在滿足改造性能的同時又合理的利用了變電所的空間布局。根據牽引變電所的實際改造情況，主要采用非絕緣方式和全絕緣方式兩種改造方案。非絕緣方式改造方案中，將原有的軟導線更換為鋁鎂合金的管型母線，并保持原有的相間帶電距離。而全絕緣方式則將原有的橫向布置中的軟導線采用全絕緣管型母線來代替，同時由于母線的全絕緣性就可以有效減小相間帶電距離，使得空間布局得到優化完善，提升空間的利用率。

5? 結語

綜上所述，管型母線具有載流量大、機械強度高等特點，受到各個行業的認可和支持。將管型母線用在牽引變電所的擴能改造項目中，能夠充分發揮慣性母線的優勢，并且有利于提升變電所的運行效果，具有一定的現實意義。

參考文獻

[1] 郭小篤.管形母線在鐵路牽引變電所的應用[J].電氣化鐵道，2016（3）：11-13.

[2] 余波，吳怡敏，陶俊培.特高壓換流站直流場管形母線選擇[J].四川電力技術，2009，32（2）：69-72.

[3] 張茜茹.淺析絕緣式銅質管形母線在變電所中的應用[J].科技情報開發與經濟，2007（21）：287-288.