风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术：母线、电缆、绝缘子.pdf

第三章! 母线、 电缆、 绝缘子 第一节! 母! ! 线 在发电厂和变电所的各级电压配电装置中， 将发电机、 变压器与各种电器连接的导 线称为母线。母线是各级电压配电装置的中间环节， 它的作用是汇集、 分配和传送电能。 母线分 “ 类： 一类为软母线 （多股铜绞线或钢芯铝线） ， 应用于电压较高的户外配电 装置； 另一类为硬母线， 多应用于电压较低的户内外配电装置。 一、 母线材料 铜母线： 具有电阻率低、 机械强度高、 抗腐蚀性强等特点， 是很好的导电材料。但铜 储藏量少， 在国防工业上应用很广， 因此， 在电力工业中应尽量以铝代铜， 除技术上要求 必须应用铜母线外， 都应采用铝母线。 铝母线： 铝的电阻率稍高于铜， 但储量多， 重量轻， 加工方便， 且价格便宜。用铝母线 较铜母线经济， 因此， 目前我国广泛采用铝母线。 钢母线： 钢的电阻率比铜大 # 倍多， 用于交流时， 有很强的集肤效应。优点是机械强 度高和价格低廉。仅适用于高压小容量电路 （如电压互感器） 和电流在 “$% 以下的低压 及直流电路中。接地装置中的接地线多数采用钢母线。 二、 母线的截面形状 矩形截面： 一般应用于 2， 长度为 697: 的电力电缆。又如 *3-266$ #/“67 $ “7 $ #77， 即表示铝芯、 交联聚乙烯绝缘、 聚氯乙烯内护套、 双钢带铠装、 聚氯乙烯外护套， # 芯 “67:6， 电压为 “7;2， 长度为 #77: 的电力电缆。 6） 电缆型号的选择 一般情况下应优先使用交联聚乙烯电缆， 其次是不滴流纸绝缘电缆， 最后为普通油 浸纸绝缘电缆。在电缆敷设环境高差较大时， 不应使用粘性油浸纸绝缘电缆。 # 第五编% 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 第三节! 绝 缘 子 一、 绝缘子的作用和类型 绝缘子又名瓷瓶， 它被广泛应用于发电厂和变电所的户内外配电装置、 变压器、 开关 电器及输配电线路中， 用来支持和固定带电导体， 并与地绝缘， 或作为带电导体之间的绝 缘。因此， 要求绝缘子具有足够的机械强度和绝缘性能， 并能在恶劣环境 （高温、 潮湿、 多 尘埃、 污垢等） 下安全运行。绝缘子种类繁多， 大致可分为： “） 按装设地点可分为户内式和户外式两种。户内和户外绝缘子的区别在于户外式 具有较多和较大的裙边， 增长了沿面放电距离， 并能在雨天阻断水流， 使绝缘子能在较恶 劣环境中可靠工作。在多灰尘和有害气体的地区， 绝缘子应采用特殊结构的防污绝缘 子。户内绝缘子表面无裙边。 #） 按用途可分为电站绝缘子、 电器绝缘子和线路绝缘子等。电器绝缘子的用途是固 定电器的载流部分， 分支柱和套管绝缘子 # 种。支柱绝缘子用于固定没有封闭外壳的电 器的载流部分， 如隔离开关的静、 动触头等。套管绝缘子用来使有封闭外壳的电器， 如断 路器、 变压器等的载流部分引出外壳。电器绝缘子的外形结构可参见隔离开关和断路器 等章节。 二、 电站绝缘子 电站绝缘子的用途是支持和固定户内外配电装置的硬母线， 并使母线与地绝缘。电 站绝缘子又分为支柱绝缘子和套管绝缘子， 后者用于电厂、 变电站的配电装置、 高压成套 封闭式柜中， 作导电部分穿过接地隔板、 墙壁及封闭配电装置的绝缘、 支持和与外部母线 连接之用。 户内支柱绝缘子按金属附件对瓷件的胶装方式， 分为内胶装、 外胶装及联合胶装三 种。内胶装系将金属附件装在瓷件孔内， 因此缩小了绝缘子高度。与相同等级的外胶装 绝缘子相比， 它具有尺寸小、 重量轻、 电气性能好等优点， 但对机械强度有影响， 因此对机 械强度要求高的场所， 宜采用外胶装或联合胶装之产品。联合胶装上附件为内胶装， 下 附件为外胶装， 兼收内外胶装之长， 它一般属实心不可击穿结构， 从而提高了安全可靠 性， 减少了维护测试工作量。 户外棒式支柱绝缘子， 由于为实心结构， 一般不会沿瓷件内部放电， 在运行中不必担 忧瓷体击穿。它与针式支柱绝缘子相比， 则有尺寸小、 重量轻、 老化率低、 运行维护方便， 提 高供电可靠性等优点。防污型棒式支柱绝缘子， 由于采用大小伞、 大倾角伞等伞棱造型， 因 此具有较好的防污效果和较大的泄漏比距。$%& 及以下的防污型棒式支柱绝缘子的安装 尺寸， 与普通型相同， 两者可以互换。电站支柱绝缘子的外形如图$ (“)、 图$ (“% 所示。 高压穿墙瓷套管由瓷套、 安装法兰及导电部分装配而成。户外套管的户外端有较大 的伞裙， 以提高湿闪电压。户外端的金属帽与瓷套的连接采用水泥胶装结构， 因此， 具有 一定的密封性。 )$* 第五编! 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 图 ! “#$% 户内支柱绝缘子 （&） 外胶装(#)*型 （+） 内胶装,-.)/型 # “ 瓷体； . “ 铸铁底座； ! “ 铸铁帽； $ “ 水泥胶合剂； 0 “ 铸铁配件 图 ! “#0% 户外支柱绝缘子 （&） 针式支柱绝缘子 （+） 实习棒式支柱绝缘子 #“上附件； .“瓷件； !“下附件； $“胶合剂； 0“纸垫 纯瓷套管的电场分布是极不均匀的， 为了提高套管的起始电晕， 在结构上采取了均压措 施， 将靠近法兰部位的瓷壁及两边的伞适当加大、 加厚， 在瓷套靠近法兰处的外表面和瓷 套内腔均匀涂一层半导体釉， 并通过接触弹片使导体与瓷壁短路， 以改善电场分布， 防止 套管内腔发生放电， 提高滑闪放电电压。高压穿墙瓷套管的外形如图 ! “#1、 图 ! “#2 所 示。 图 ! “#1% 户内母线式穿墙套管 # “ 瓷体； . “ 法兰盘； ! “ 帽； $ “ 矩形口 三、 线路绝缘子 线路绝缘子主要供架空线路作绝缘和支持或悬挂导线之用。常用的有针式绝缘子、 悬式绝缘子、 蝶式绝缘子、 瓷横担、 瓷拉棒等。如图 ! “#3 所示。 悬式绝缘子有普通型和防污型之分。防污型又分为双层伞型和钟罩型两种。双层 0!2 第五编% 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 图 ! “#$% #&( 户外穿墙套管 图 ! “#)% 线路绝缘子 （*） 针式绝缘子（+） 悬式绝缘子（,） 防污绝缘子（-） 瓷质棒式绝缘子（.） 瓷横担 伞型具有泄漏距离大； 伞型开放、 裙内光滑无棱， 积灰速率低、 风雨自洁性能好等优点。 /!$ 第五编% 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 钟罩型利用伞内受潮的不同周期性及伞下高棱抑制放电作用， 防污性能较好， 其污闪电 压比同级普通绝缘子可提高 !“#$“#。半导体釉防污悬式绝缘子， 它与普通型有完全 相同的结构尺寸， 但在瓷件表面除伞下两个沟槽底部外上一层半导体釉， 由于半导体釉 层的发热、 烘干效应及均压作用， 提高了绝缘子在污秽和潮湿情况下的污闪电压， 防污效 果显著， 可延长清扫周期。防污型悬式绝缘子的采用日趋广泛， 工业粉尘较多， 化工和沿 海地区尤为显著。 瓷横担绝缘子是我国为适应农业供电需要自行发展起来的新型线路绝缘子。由于 它具有不易击穿、 不易老化、 自洁性能好， 节约钢材、 木材， 运行维护方便等优点， 目前已 在农村、 城市广泛使用。高压线路用瓷拉棒绝缘子， 可代替悬式绝缘子用于起始杆、 终端 杆、 转角杆和耐张杆作耐张绝缘子， 从而有利于瓷横担绝缘子的推广使用。 四、 合成绝缘子简介 绝缘子是架空线路的关健部件之一， 其性能优劣将影响整条线路的运行安全。随着 电网向超高压大容量发展， 作为统治高压输电线路近百年的瓷绝缘子越来越明显地暴露 出性能上固有的缺陷与弱点， 如笨重易碎、 强度低、 易劣化成零值、 表面呈亲水性、 易产生 污闪事故、 清扫维护量大等， 已不适应电力工业发展的要求。合成绝缘子由于具有优良 的防污与机电性能， 较好地克服了瓷绝缘子的不足之处。 （%） 合成绝缘子的结构 有机复合合成绝缘子是由有机聚合绝缘物为主要绝缘材料制造出来的新型线路绝 缘子， 它主要由芯棒、 伞裙、 金具 & 部分组成。如图 & %( 所示。其显著特点就是选用不 同的材料分别满足对绝缘子的机械及电气性能方面的要求， 芯棒主要承担机械负荷并起 内绝缘作用， 伞裙和护套承担和保护芯棒免受大气环境侵蚀， 同时提供必要的爬电距离 和污闪、 湿闪性能， 金具的作用是传递机械负荷和连接导线。 图 & %() 合成绝缘子 %硅橡胶伞裙； !均压环； &玻璃钢芯棒； *连接金具 （!） 合成绝缘子的主要性能 合成绝缘子的主要性能有： !耐污性高。由于硅橡胶具有较强的憎水性能， 污闪电 压比相同泄漏距离的瓷绝缘子高 %“# +%$“# 以上， 在重污秽地区运行可以不用清扫， 免维护， 是目前最理想的高压输电电线用耐污型绝缘子。“湿闪电压高， 是干闪电压的 (“# +($#， 所以对过电压绝缘水平高。#不易破碎， 无零值绝缘子， 损耗少， 运行可靠 ,&, 第五编) 风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术 # 性能高。!体积小， 重量轻， 运输、 安装和维护方便； 为轻型杆塔和事故抢修提供了快捷、 方便的条件。“耐腐蚀性能强。 （!） 合成绝缘子的优缺点 合成绝缘子具有重量轻、 机电强度高等优点， 因而可用于城网改造， 用来架设紧凑型 架空线路。特别是合成绝缘子具有良好的抗污闪性能， 尤其适应于污秽特别严重的地区 使用， 以有效地提高线路运行可靠性， 减少线路维护工作量。与瓷或玻璃绝缘子相比， 合 成绝缘子优良的防污性能是毋庸置疑的， 但耐雷性能却有着两方面因素。有利因素是它 不会发生瓷绝缘子那样的 “零值” ， 与玻璃绝缘子那样的 “自爆” 现象， 因而可在运行中保 持整串绝缘子有较高的耐雷水平； 不利因素是由于其伞裙直径较小， 干弧距离小于瓷 （或 玻璃） 绝缘子， 亦即耐雷水平小于同长度的瓷 （或玻璃） 绝缘子的耐雷水平。 传统的瓷绝缘子在运行期间， 每年要清扫一次， 据有关单位估算， 每年投入的清扫费 用占绝缘子成本的“#$， 而且重复开支。此外每年还需带电测量， 发现零值绝缘要及时 更换， 这些都使维修费用大大增加。如使用有机复合绝缘子， 可以减少防污清扫， 节约人 力财力， 减轻劳动强度， 节约维护费用。 硅橡胶合成绝缘子是由高分子有机复合加工制成， 在我国已有 “% 多年的运行经验。 硅橡胶合成绝缘子， 以其重量轻、 便于安