關(guān)于電力母排伸縮接頭的應(yīng)用探討
電力母排是目前中低壓配電網(wǎng)中傳輸電能的主要媒介，母排與母排、母排與各變壓器套管與電纜等各引出線點(diǎn)都會(huì)有接合，其接合處的接觸好壞直接影響著電能傳輸?shù)馁|(zhì)量以及設(shè)備運(yùn)行的可靠性。現(xiàn)結(jié)合傳統(tǒng)母排接合工藝，介紹一種新的方法，并對(duì)此方法展開進(jìn)一步分析。
電力母排是承載和分配負(fù)荷電流的關(guān)鍵設(shè)備。尤其在變電站內(nèi)對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的設(shè)備，用到母排連接(敞開布置)的情況比較多，如變壓器引出套管與母排連接、母排與母排相連、母排與電纜頭相連等等。由于母排接頭處本身存在一定的接觸電阻，而且接頭工藝的不同使其接觸電阻大小也不同，當(dāng)通過一定的運(yùn)行電流時(shí)，將引起接頭處發(fā)熱，同時(shí)其物理膨脹應(yīng)力使母排接頭產(chǎn)生一定的形變，進(jìn)而使其接觸電阻增大，從而導(dǎo)致接頭處進(jìn)一步發(fā)熱。如此惡性循環(huán)，特別是夏、冬兩季，電力負(fù)荷節(jié)節(jié)攀高的情況下，母排承載和分配通過的電流大，發(fā)熱量更加高，很可能使母排接頭處發(fā)生缺陷乃至故障，導(dǎo)致載流量下降或停電的嚴(yán)重后果。
1.傳統(tǒng)母排接頭工藝
以35 kV母排為例，通常寬度為80mln、厚度為10turn，而10kv母排的常規(guī)規(guī)格為100mm、厚度為10IDAll，其材質(zhì)為紫銅或鋁。將母排接頭處用砂紙打磨，磨去上層的清漆，露出材質(zhì)本色，并經(jīng)過高溫搪錫處理，這樣做可以增加母排與連接體的接觸面，而且通過錫這一導(dǎo)電性能良好的媒介，有效地提高了母排連接處的導(dǎo)電性能，降低了導(dǎo)電連接體間的接觸電阻，并通過接觸面上的4個(gè)螺栓直接與目標(biāo)導(dǎo)體相連。
2.傳統(tǒng)母排接頭工藝產(chǎn)生的問題分析
通過母排與母排、母排與套管直接相連，接頭清晰明了，工藝簡(jiǎn)單，不需要做復(fù)雜的處理。但是母排通過電流時(shí)接頭會(huì)發(fā)熱，由于母排本身是紫銅或鋁材料制作的，有一定的膨脹系數(shù)，再加上通過電流時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)應(yīng)力和振動(dòng)，會(huì)使母排接頭處產(chǎn)生一種拉力，使得接頭結(jié)合部位松動(dòng)，這時(shí)接觸電阻進(jìn)一步增大，也就導(dǎo)致通過電流后發(fā)熱量進(jìn)一步增大，如此惡性循環(huán)最終使接頭處發(fā)熱熔毀。此外，如變壓器引出套管，穿墻套管等都是由比較脆弱的陶瓷材料制作的，當(dāng)母排發(fā)熱膨脹應(yīng)力加上電動(dòng)力產(chǎn)生的應(yīng)力一直拉伸到套管，最終致使套管斷裂、破碎。嚴(yán)重時(shí)，當(dāng)變壓器套管斷裂時(shí)，熾熱的變壓器油不斷往外噴涌，產(chǎn)生的后果是非常嚴(yán)重的。
3.母排接頭工藝改進(jìn)方法介紹
3.1通過彎排技術(shù)克服應(yīng)力
由于母線熱效應(yīng)加上電動(dòng)力的作用會(huì)產(chǎn)生拉伸的力，為了克服此應(yīng)力，我們?cè)O(shè)想如果在接頭處給母排留出一個(gè)拉伸的裕量，這樣即使產(chǎn)生拉伸的力，也不會(huì)破壞連接處，就像彈簧那樣。通過改進(jìn)，我們先將母排提升一個(gè)角度，讓母排張角大于90°，這樣做可以使母排增加向上預(yù)張的量，如圖1所示。再通過進(jìn)一步改進(jìn)方法，通過彎排技術(shù)讓母排連接處呈現(xiàn)一個(gè)“小三角”形狀即像彈簧一樣，再次增大了母線預(yù)張的量，如圖2所示。
3.2技術(shù)比較
我們將傳統(tǒng)母排接頭工藝和改進(jìn)后的母排接頭工藝進(jìn)行了比較、分析，如表1所示。
圖1 母排一次彎曲且張角大于90° 圖2 母排多次彎曲形成“小三角”
通過技術(shù)分析，我們發(fā)現(xiàn)3種接頭方式，各有其利弊，對(duì)于多彎接頭，雖然解決了母線拉伸張力的問題，但是由于彎排技術(shù)相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)于母排直接相連的可能要安裝多個(gè)支撐絕緣子，增加了安裝的難度和成本，也給今后的檢修維護(hù)帶來了不便。由于多彎技術(shù)考慮到母排的特性，很可能要增加接頭數(shù)，在運(yùn)行中降低了電動(dòng)力對(duì)母排接頭的影響，但接觸電阻由于接頭數(shù)量的增加而增大，給長(zhǎng)期運(yùn)行帶來了一定的隱患。
而且我們還發(fā)現(xiàn)，諸如彎排技術(shù)對(duì)于母排與母排相連并不能很好地解決其接頭問題，在安裝時(shí)候要多安裝支撐絕緣子反而會(huì)帶來一定的困難。
4.母排伸縮接頭
4.1伸縮接頭介紹
為有效解決因熱脹冷縮的變化使母排和支持絕緣子受到過大的應(yīng)力而損壞，我們發(fā)現(xiàn)一種新的技術(shù)，能在保證可靠運(yùn)行的前提下節(jié)約成本，同時(shí)降低施工難度。母排伸縮接頭，是由一片片薄至0．05～0．08nlln的銅片層疊，兩端經(jīng)焊接而成，這樣做既增加了母排的柔韌性，加大了母排拉伸的預(yù)量，又增加了母排接頭的散熱性，而且在導(dǎo)電性方面也不失水準(zhǔn)，可謂一舉多得。
基于上述特點(diǎn)，使得母排伸縮接頭不僅給了母排一個(gè)很大的預(yù)張量，而且對(duì)于在平時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與母排位置安排不合理而導(dǎo)致母排安裝時(shí)需要增加“七彎八拐”接頭的問題也迎刃而解。
4.2母排伸縮接頭技術(shù)在我公司的應(yīng)用情況
目前在我公司范圍內(nèi)，在變壓器35kV以及10kV側(cè)母排設(shè)備改造中，均已全部加裝母排伸縮接頭代替了原來的硬母排接頭。
通過配電變壓器加裝伸縮接頭的改造，我們發(fā)現(xiàn)變壓器套管改由母線伸縮接頭連接后，運(yùn)行中的接頭發(fā)熱和滲漏油缺陷發(fā)生率明顯下降，每當(dāng)夏季高峰用電負(fù)荷來臨時(shí)變壓器和母排通過高負(fù)荷電流，伸縮接頭完全能夠承受住母排的拉伸力并且大大降低了變壓器套管由于電動(dòng)力所造成的滲漏油現(xiàn)象。
4.3母排伸縮接頭運(yùn)行分析
改造后通過實(shí)際運(yùn)行，我們利用紅外熱成像儀，對(duì)改造前后的變壓器套管與母線接頭進(jìn)行溫度測(cè)試，如圖3、圖4所示。
圖3 改造前變壓器母線接頭處紅外影像
圖4 采用伸縮接頭變壓器母線接頭處紅外影像為了取得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們盡可能在同一環(huán)境，同一外界條件下(變J玉器運(yùn)行一定時(shí)問)進(jìn)行測(cè)試，由此發(fā)現(xiàn)，改造前母排接頭處最高溫度達(dá)到了53．8℃，改造后只有39-3℃，而接頭處的平均溫度下降了8℃左右。
采用伸縮接頭，使接頭處的接觸電阻也有所降低，而且由于母排熱應(yīng)力產(chǎn)生的接頭松動(dòng)現(xiàn)象也明顯得到了改善，在運(yùn)行方面達(dá)到了理想的效果。
5.總結(jié)與展望
對(duì)于以上的論述，我們發(fā)現(xiàn)母排伸縮接頭具有柔韌性高、散熱好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于安裝難度高的地點(diǎn)，更顯出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)行中其顯現(xiàn)的高抗拉伸性也是非常驚人的，所以對(duì)于目前35kV和10kV的母排連接也在廣泛推廣中。但是，由于伸縮接頭中的薄銅片比較脆弱，在搬運(yùn)過程中由于提拿方式錯(cuò)誤容易導(dǎo)致薄銅片斷裂和靠近接頭處的銅片脫開。在運(yùn)行過程中，伸縮接頭的連接與母排多出一個(gè)接頭，如果在檢修或者安裝過程中忽略，接頭沒有按標(biāo)準(zhǔn)緊固，會(huì)增加出線缺陷和故障的概率。我們需提出對(duì)接頭技術(shù)進(jìn)～ 步進(jìn)行改進(jìn)，以尋找更加合理、經(jīng)濟(jì)、方便、高效的接頭技術(shù)，使得整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性不斷增強(qiáng)。
電力母排是承載和分配負(fù)荷電流的關(guān)鍵設(shè)備。尤其在變電站內(nèi)對(duì)于35kV及以下電壓等級(jí)的設(shè)備，用到母排連接(敞開布置)的情況比較多，如變壓器引出套管與母排連接、母排與母排相連、母排與電纜頭相連等等。由于母排接頭處本身存在一定的接觸電阻，而且接頭工藝的不同使其接觸電阻大小也不同，當(dāng)通過一定的運(yùn)行電流時(shí)，將引起接頭處發(fā)熱，同時(shí)其物理膨脹應(yīng)力使母排接頭產(chǎn)生一定的形變，進(jìn)而使其接觸電阻增大，從而導(dǎo)致接頭處進(jìn)一步發(fā)熱。如此惡性循環(huán)，特別是夏、冬兩季，電力負(fù)荷節(jié)節(jié)攀高的情況下，母排承載和分配通過的電流大，發(fā)熱量更加高，很可能使母排接頭處發(fā)生缺陷乃至故障，導(dǎo)致載流量下降或停電的嚴(yán)重后果。
1.傳統(tǒng)母排接頭工藝
以35 kV母排為例，通常寬度為80mln、厚度為10turn，而10kv母排的常規(guī)規(guī)格為100mm、厚度為10IDAll，其材質(zhì)為紫銅或鋁。將母排接頭處用砂紙打磨，磨去上層的清漆，露出材質(zhì)本色，并經(jīng)過高溫搪錫處理，這樣做可以增加母排與連接體的接觸面，而且通過錫這一導(dǎo)電性能良好的媒介，有效地提高了母排連接處的導(dǎo)電性能，降低了導(dǎo)電連接體間的接觸電阻，并通過接觸面上的4個(gè)螺栓直接與目標(biāo)導(dǎo)體相連。
2.傳統(tǒng)母排接頭工藝產(chǎn)生的問題分析
通過母排與母排、母排與套管直接相連，接頭清晰明了，工藝簡(jiǎn)單，不需要做復(fù)雜的處理。但是母排通過電流時(shí)接頭會(huì)發(fā)熱，由于母排本身是紫銅或鋁材料制作的，有一定的膨脹系數(shù)，再加上通過電流時(shí)產(chǎn)生的電動(dòng)應(yīng)力和振動(dòng)，會(huì)使母排接頭處產(chǎn)生一種拉力，使得接頭結(jié)合部位松動(dòng)，這時(shí)接觸電阻進(jìn)一步增大，也就導(dǎo)致通過電流后發(fā)熱量進(jìn)一步增大，如此惡性循環(huán)最終使接頭處發(fā)熱熔毀。此外，如變壓器引出套管，穿墻套管等都是由比較脆弱的陶瓷材料制作的，當(dāng)母排發(fā)熱膨脹應(yīng)力加上電動(dòng)力產(chǎn)生的應(yīng)力一直拉伸到套管，最終致使套管斷裂、破碎。嚴(yán)重時(shí)，當(dāng)變壓器套管斷裂時(shí)，熾熱的變壓器油不斷往外噴涌，產(chǎn)生的后果是非常嚴(yán)重的。
3.母排接頭工藝改進(jìn)方法介紹
3.1通過彎排技術(shù)克服應(yīng)力
由于母線熱效應(yīng)加上電動(dòng)力的作用會(huì)產(chǎn)生拉伸的力，為了克服此應(yīng)力，我們?cè)O(shè)想如果在接頭處給母排留出一個(gè)拉伸的裕量，這樣即使產(chǎn)生拉伸的力，也不會(huì)破壞連接處，就像彈簧那樣。通過改進(jìn)，我們先將母排提升一個(gè)角度，讓母排張角大于90°，這樣做可以使母排增加向上預(yù)張的量，如圖1所示。再通過進(jìn)一步改進(jìn)方法，通過彎排技術(shù)讓母排連接處呈現(xiàn)一個(gè)“小三角”形狀即像彈簧一樣，再次增大了母線預(yù)張的量，如圖2所示。
3.2技術(shù)比較
我們將傳統(tǒng)母排接頭工藝和改進(jìn)后的母排接頭工藝進(jìn)行了比較、分析，如表1所示。
圖1 母排一次彎曲且張角大于90° 圖2 母排多次彎曲形成“小三角”
通過技術(shù)分析，我們發(fā)現(xiàn)3種接頭方式，各有其利弊，對(duì)于多彎接頭，雖然解決了母線拉伸張力的問題，但是由于彎排技術(shù)相對(duì)比較復(fù)雜，對(duì)于母排直接相連的可能要安裝多個(gè)支撐絕緣子，增加了安裝的難度和成本，也給今后的檢修維護(hù)帶來了不便。由于多彎技術(shù)考慮到母排的特性，很可能要增加接頭數(shù)，在運(yùn)行中降低了電動(dòng)力對(duì)母排接頭的影響，但接觸電阻由于接頭數(shù)量的增加而增大，給長(zhǎng)期運(yùn)行帶來了一定的隱患。
而且我們還發(fā)現(xiàn)，諸如彎排技術(shù)對(duì)于母排與母排相連并不能很好地解決其接頭問題，在安裝時(shí)候要多安裝支撐絕緣子反而會(huì)帶來一定的困難。
4.母排伸縮接頭
4.1伸縮接頭介紹
為有效解決因熱脹冷縮的變化使母排和支持絕緣子受到過大的應(yīng)力而損壞，我們發(fā)現(xiàn)一種新的技術(shù)，能在保證可靠運(yùn)行的前提下節(jié)約成本，同時(shí)降低施工難度。母排伸縮接頭，是由一片片薄至0．05～0．08nlln的銅片層疊，兩端經(jīng)焊接而成，這樣做既增加了母排的柔韌性，加大了母排拉伸的預(yù)量，又增加了母排接頭的散熱性，而且在導(dǎo)電性方面也不失水準(zhǔn)，可謂一舉多得。
基于上述特點(diǎn)，使得母排伸縮接頭不僅給了母排一個(gè)很大的預(yù)張量，而且對(duì)于在平時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與母排位置安排不合理而導(dǎo)致母排安裝時(shí)需要增加“七彎八拐”接頭的問題也迎刃而解。
4.2母排伸縮接頭技術(shù)在我公司的應(yīng)用情況
目前在我公司范圍內(nèi)，在變壓器35kV以及10kV側(cè)母排設(shè)備改造中，均已全部加裝母排伸縮接頭代替了原來的硬母排接頭。
通過配電變壓器加裝伸縮接頭的改造，我們發(fā)現(xiàn)變壓器套管改由母線伸縮接頭連接后，運(yùn)行中的接頭發(fā)熱和滲漏油缺陷發(fā)生率明顯下降，每當(dāng)夏季高峰用電負(fù)荷來臨時(shí)變壓器和母排通過高負(fù)荷電流，伸縮接頭完全能夠承受住母排的拉伸力并且大大降低了變壓器套管由于電動(dòng)力所造成的滲漏油現(xiàn)象。
4.3母排伸縮接頭運(yùn)行分析
改造后通過實(shí)際運(yùn)行，我們利用紅外熱成像儀，對(duì)改造前后的變壓器套管與母線接頭進(jìn)行溫度測(cè)試，如圖3、圖4所示。
圖3 改造前變壓器母線接頭處紅外影像
圖4 采用伸縮接頭變壓器母線接頭處紅外影像為了取得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，我們盡可能在同一環(huán)境，同一外界條件下(變J玉器運(yùn)行一定時(shí)問)進(jìn)行測(cè)試，由此發(fā)現(xiàn)，改造前母排接頭處最高溫度達(dá)到了53．8℃，改造后只有39-3℃，而接頭處的平均溫度下降了8℃左右。
采用伸縮接頭，使接頭處的接觸電阻也有所降低，而且由于母排熱應(yīng)力產(chǎn)生的接頭松動(dòng)現(xiàn)象也明顯得到了改善，在運(yùn)行方面達(dá)到了理想的效果。
5.總結(jié)與展望
對(duì)于以上的論述，我們發(fā)現(xiàn)母排伸縮接頭具有柔韌性高、散熱好、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于安裝難度高的地點(diǎn)，更顯出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在運(yùn)行中其顯現(xiàn)的高抗拉伸性也是非常驚人的，所以對(duì)于目前35kV和10kV的母排連接也在廣泛推廣中。但是，由于伸縮接頭中的薄銅片比較脆弱，在搬運(yùn)過程中由于提拿方式錯(cuò)誤容易導(dǎo)致薄銅片斷裂和靠近接頭處的銅片脫開。在運(yùn)行過程中，伸縮接頭的連接與母排多出一個(gè)接頭，如果在檢修或者安裝過程中忽略，接頭沒有按標(biāo)準(zhǔn)緊固，會(huì)增加出線缺陷和故障的概率。我們需提出對(duì)接頭技術(shù)進(jìn)～ 步進(jìn)行改進(jìn)，以尋找更加合理、經(jīng)濟(jì)、方便、高效的接頭技術(shù)，使得整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性不斷增強(qiáng)。
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