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環氧樹脂澆注類絕緣管型母線的結構參數核算

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環氧樹脂澆注類絕緣管型母線的結構參數核算

發布日期:2020-09-06 作者:陳植 點擊:

  絕緣管型母線因具有載流能力強、機械強度高、電氣絕緣功用優異、環境適應性好、散熱條件好以及安排清楚、架構簡明、占用空間小等優勢而廣泛運用於電力係統,尤其在變電站、發電站等複合電流大的場合作為進出線和聯絡線得到很多運用[1-3]。


  由於絕緣管型母線在國內運用相對較晚,對其認知程度不高,相關基礎性研討薄弱,加之並沒有針對這類電力設備的權威性規範及相關教訓文件,使得國內的絕緣管型母線存在產品種類繁複,資料選型、結構規劃及生產工藝各異,產品質量與安穩性良莠不齊等突出問題[4-6]。因而有必要針對不同類型的絕緣管型母線進行結構參數核算,以保證其產品質量。


  國外的絕緣管型母線產品首要為環氧樹脂澆注類,其運用最早,技術也較為老練,產品質量的可控性較強;在國內首要呈現出環氧樹脂澆注類、聚酯薄膜或聚四氟乙烯絕緣帶繞包類、矽橡膠或三元乙丙橡膠擠包類三種型式絕緣管型母線產品共存的局勢。


  澆注式絕緣管型母線本體絕緣首要選用絕緣、半導電(粘性)電工皺紋紙帶盤繞,並經環氧樹脂真空浸漬,加溫固化,構成一體化固體絕緣。


  在端部,經過半導電皺紋紙分層按必定規範盤繞主絕緣,構成類似套管中的電容屏結構,到達控製電場強度分布、削減電場強度會集的作用。澆注式絕緣管型母線接頭一般選用在導體聯接外部外罩絕緣屏蔽筒的方式。


  屏蔽筒也具有類似電容屏結構的絕緣筒裝結構,內屏與導體聯接等電位,外屏為接地導體。兩端與本體密封聯接,如圖1所示。


  圖1澆注式絕緣管型母線中心接頭結構


  環氧樹脂澆注類絕緣管型母線的結構參數核算


  環氧浸漬紙絕緣選用的是絕緣紙與環氧樹脂的複合絕緣,導體、半導體層和絕緣紙經加溫固化後,構成細密、緊實的一體化結構,因而既具有絕緣紙和環氧的超卓絕緣和介電功用[7],又具有超卓力學特性。


  本文以10kV/4 000A澆注類絕緣管型母線為實例,臚陳其導體截麵的核算及選擇依據、絕緣管型母線絕緣厚度的供認等核算進程,並剖析了絕緣管型母線的導體內徑、外徑(壁厚)、屏蔽厚度、絕緣厚度等要害規劃量的改動對其導體外表溫升、最大電場強度、端部電場強度等要害控製參數的影響。


  1絕緣管型母線的結構規劃準則


  1.1管型導體的規劃準則


  絕緣管型母線管型導體的管徑及壁厚規劃應遵循以下各因素的要求:電穩態要求,工程長期承受額外電流;電暫態要求,工程要求能承受的短時過負荷和短路電流;機械強度要求,電動力、機械力衝擊下的管型母線結構機械強度;導體在不同絕緣結構下的熱阻及已供認條件下的導體及不同絕緣的容許作業溫度;結合有關“經濟電流密度”的取值要求;針對不同電流等級的趨膚效應的影響以及管型母線剛度及作業進程中機械安穩性的要求[8]。


  在國家電網公司企業規範Q/GDW11646—2016中規則了絕緣管型母線的電穩態要求,在正常作業下管型導體的安穩溫度不該跨越所容許的最高容許作業溫度,一般取90℃;關於電暫態要求,在絕緣管型母線承受短時過負荷及短路電流時,其管型導體溫度為250℃。


  關於機械強度要求,管型母線在遭受機械衝擊乃至短路電動力時可以滿意動安穩性要求,即管型導體承受的最大應力應不跨越最大容許應力;考慮到趨膚效應的要求,依據工程電磁場理論,銅質管型導體的電流透入深度為9.4mm;關於經濟性要求,結合經濟電流密度的要求,即在滿意電穩態要求、電暫態要求等前提下,盡量保證經濟性。


  因而管型導體的核算首要包括:依據額外載流量及管型導體在正常作業情況下相關於周圍媒質的容許溫升來供認管型導體截麵的開始規劃計劃,其首要觸及損耗、熱阻計算及熱平衡方程的求解等;然後經過短時過負荷和短路電流、機械強度、趨膚效應及經濟電流密度等相關理論對管型導體截麵進行相應核算[9]。


  1.2絕緣厚度的規劃準則


  依據與絕緣管型母線產品具有類似結構的電力電纜多年的規劃及作業閱曆可知,單從最大電場強度公式對絕緣管型母線絕緣厚度進行規劃是不夠妥善的。絕緣管型母線絕緣厚度的規劃[10-12],必需求歸納考慮其在實踐作業中所承受電壓類型及巨細、工藝束縛、機械強度要求以及所用絕緣資料的擊穿特性。


  關於電壓類型,包括工頻電壓、操作衝擊過電壓及雷電衝擊過電壓;關於工藝束縛,對電壓等級很低的絕緣管型母線,由於絕緣層厚度太小,工藝條件所限導致很難滿意規劃要求;關於機械強度而言,絕緣管型母線在實踐製作及運用進程中,不可避免地受到機械力的作用,尤其是彎曲部分絕緣層資猜中存在應力會集的情況,因而絕緣管型母線必須有必定的絕緣厚度以滿意機械力的要求;關於絕緣資料的擊穿特性,首要包括絕緣資料的長期工頻擊穿電場強度和衝擊擊穿電場強度,跟著電壓等級的進步,絕緣資料的擊穿特性逐步成為決定絕緣層厚度的首要因素。


  2絕緣管型母線的結構核算實例(略)


  本文以10kV/4 000A環氧樹脂澆注類絕緣管型母線為例,依據有限元法對絕緣管型母線的電場強度分布、溫度分布進行仿真剖析,仿真所需資料參數見表1。


  表1絕緣管型母線資料參數


  環氧樹脂澆注類絕緣管型母線的結構參數核算


  依據絕緣管型母線的結構特征,其長度與外徑比較,可以近似為無限長,故可疏忽端部的電場強度及溫度場。仿真研討中假定絕緣管型母線軸向方向上無溫度梯度,即隻在徑向上存在暖流傳遞,且疏忽絕緣管型母線各組成部分的接觸電阻。


  3要害規劃量對絕緣管型母線結構規劃的影響(略)


  絕緣管型母線的導體內徑、外徑(壁厚)、屏蔽厚度、絕緣厚度等要害規劃量的改動,均將影響絕緣管型母線的規劃準則,如對導體外表溫升、最大電場強度、端部電場強度等的影響。


  結論


  本文首要針對環氧樹脂澆注類絕緣管型母線的結構進行核算,並以10kV/4 000A的絕緣管型母線為實例,分別剖析了其直線段、彎管部分及中心聯接頭的規劃準則,並依據有限元法仿真剖析了導體內徑、絕緣厚度等規劃量對絕緣管型母線結構功用的影響聯係。首要得出以下結論:


  1)絕緣管型母線的彎管處,其內側電場強度略小於外側電場強度。


  2)電場強度最大值隨屏蔽層數量的增多幾乎呈線性增大,最大電場強度的徑向重量也具有相同的改動趨勢;而其軸向重量則隨屏蔽層數量的增多而逐步減小。


相關標簽:銅管母線,管形母線,管型母線

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