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

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1、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

2、，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&’()及以下的户内配电装置中。矩形截面母线的优点（与相同截面积的圆形母线比较）是散热条件较好，集肤效应较小，在容许发热温度下通过的允许工作电流大。为增强散热条件和减小集肤效应的影响，宜采用

3、厚度较小的矩形母线。但考虑到母线的机械强度，通常铜和铝的矩形截面母线的边长之比为*+’,*+*"，最大的截面积为"*$-*"$.*"$$（//）。但是，矩形母线的截面积增加时，散热面积并不是成比例地增加，允许工作电流也就不能成比例地增加。因此，矩形母线的最大截面积受到限制。当工作电流很大，最大截面的矩形母线也不能满足要求时，可采用多条矩形母线并联使用，并间隔一定距离（一条母线的厚度）。矩形母线用在电压为&’()以上的场合，会出现电晕现象。圆形截面：在&’()以上的户外配电装置中，为了防止产生电晕，一般采用圆形截面母线。在**$()以上的户外配电装置中，采用钢芯铝绞线和管形母线；在**$()以

4、上的·#"0·第五编$风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术#######################################户内配电装置中，都采用管形母线。电压为!%&’及以下的户外配电装置中，一般也采用钢芯铝绞线，这样可使母线的结构简化，投资降低。槽形截面：当每相三条以上的矩形母线不能满足要求时，一般采用由槽形截面母线组成近似正方形的空心母线结构，如图!"#所示。这种结构的优点是：邻近效应较小，冷却条件好，金属材料利用率较高。另外，为了加大槽形母线的截面系数，可将两条槽形母线每相隔一定距离，用连接片焊住，构图!"#$槽形母线及其焊接片成一个整体。槽形母线的工作电流可达#()

5、#*&+。三、大电流母线目前，对于大容量发电机，除采用多条矩形母线并联或槽形母线外，还采用如下几种形式的母线：图!"*$绝缘水内冷母线的一般布置和水内冷系统（#）水内冷母线水内冷母线是利用水热传导能力强的特点，使母线温升大大降低，以提高载流能力，减少金属消耗量。水内冷母线可用铜或铝做成的圆管形母线。由于铝母线容易腐蚀，因此一般采用铜材。图!"*所示为水内冷母线的一般布置和水冷系统的简图。水内冷母线的水冷系统与水内冷发电机共用。（*）封闭母线随着电力系统的迅速发展，单机容量不断增大，!((,-发电机的额定电流已达##(((多+，这样大的电流通过发电机与变压器之间的连接母线时，将引起一系列问题：

6、如母线短路时产生巨大电动力；母线本身发热及母线对附近钢构件的感应发热；母线故·.*%·第五编#风力发电厂及变电站电气设备应用与控制技术#######################################障对系统的影响。为解决上述问题，国内外已普遍采用封闭母线的办法。图!"!#全连式分相封闭母线$—母线；%—封闭外壳；!—连接外壳；&—短路板封闭母线系指将母线用非磁性金属材料（一般用铝合金）制成的外壳保护起来。图!"!所示的全连式分相封闭母线，是将每相每段外壳焊在一起，且三相外壳两端用短路板连接并接地，它允许母线外壳中流过轴向环流。它不仅密封性好，而且由于在三相外壳间存在环流，可对母

7、线磁场进一步加以屏蔽，因而可使短路电流在母线导体上产生的电动力降低到裸母线时的$’&左右，附近钢构件的感应发热损耗也减少到微不足道的程度。由于外壳上的轴向电流与母线电流的大小几乎相等，方向相反（近于$()*），故外壳内的损失较大。全连式分相封闭母线的屏蔽原理：由于同相外壳各段已焊成一体，且三相外壳间又用金属板短接，这好似$+$的电流互感器二次线圈被短路一样：主母线的电流所产生的交变磁通作用于外壳，在外壳上产生