毕业设计

学生课程设计

题 目： 姓 名 ： 林华伟

班 级： 模具1班 学 号: 200902103238

系 (部) ： 机电工程系 专 业 ： 模具设计与制造 指导教师 ： 李文锦

2012年03月25日

目录

一 引言...............................................................................3

二 母线接线方案的选择...............................................................................

1.1 母线的定义 1.2 单母线分段 1.3 双母线接线 1.4 接线方式

二 母线的选择...............................................................................

2.1 母线的打孔 2.2 母线的弯曲 2.3 母线的涂漆 2.4 母线的搭接方式 2.5 绝缘母线

三 热缩材料

3.1热缩材料的使用方法 3.2热缩母排绝缘保护盒

四 动态稳定分析 4.1 短路电流计算 4.2 动稳定校验 五 导体接头的设计

5.1螺栓连接时导体接头的发热温度及允许温度 5.2螺栓连接时导体接头的处理

引言

发电厂和变电所的各级电压配电装置中，将发动机、变压器与各种电器连接的导线称为母线。

软母线（多用于电压较高户外配电室）和硬母线（低压的互内外配电装置）。

在变电所中各级电压配电装置的连接，以及变压器等电气设备和相应配电装置的连接，大都采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线，这统称为母线。母线的作用是汇集、分配和传送电能。由于母线在运行中，有巨大的电能通过，短路时，承受着很大的发热和电动力效应，因此，必须合理的选用母线材料、截面形状和截面积以符合安全经济运行的要求。

母线桥比较适用于开关柜顶置母线，后置母线也可，对于下置母线的型式，设置母线桥需要在柜内提升母线，故不建议选用下置母线的开关柜，如要选下置柜，电流允许的话可以考虑用电缆沿地沟连通；

订购母线桥产品时，建议与开关柜一同订购，由同一家厂商加工，可以较好地配套并统一安装调整；

母线桥中母线的安装固定，须提出【动稳定】技术要求，毕竟它是非标加工产品，不注意的话容易出质量问题；

最后，对于抽出式开关柜，标准系列的框架配件有一定的机械强度限制，母线桥如果过重时，需要加强柜体支撑力，同时，母线桥也不宜过长，否则容易变形。

本次设计主要是对母线桥母线的选材、接线方式、线头的搭接、绝缘

材料和选用和安装时动稳定的校对等一些问题加以修正。 1接线方案的选择

1.1母线的定义

母线按结构分为硬母线和软母线。硬母线又分为矩形母线和管形母线。

矩形母线一般使用于主变压器至配电室内，其优点是施工安装方便，运行中变化小，载流量大，但造价较高。

软母线用于室外，因空间大，导线有所摆动也不致于造成线间距离不够。软母线施工简便，造价低廉。

圆锥曲线中，母线就是连结圆锥的顶点和底面圆周上任意一点的线段。个开关在两排并列的母线上都有隔离开关的，则这两排母线的连接开关，就是母联开关。比如东西母或南北母的连接开关。

双母线的时候，叫母联，单母线的时候，叫分段。而母线（我们且称为单母分段），中间的连接开关就是 母线的分段开关。任何一条线路只能接到I段或II段母线上。 1.2单母线分段

优点：母线分段后，对重要用户，可以重不同段供电。另外，当一段母线发生故障时，分段断路器能够自动将故障切除，保证正常段母线不间断供电。

缺点：当母线故障时，该母线上的回路都要停电，而且扩建时需要向两个方向均衡扩建。 1.3双母线接线

优点：供电可靠，调度灵活，扩建方便，便于设计。

缺点：增加了一组母线，每一回路增加一组母线隔离开关，增加了投资，操作复杂，占地面积增加。

1.4接线方式

按照《变电站设计技术规程》的第23条规定：“35~60kV配电装置中，当出线为2回时，一般采用桥形接线；当出线为2回以上时，一般采用单母线分段或单母线接线。出线回路数较多、连接的电源较多、负荷大或污秽环境中的35~60kV室外配电装置，可采用双母线接线”。本变电站35kV则可考虑以下3种方案，并进行经济和技术分析。

方案1：采用单母线分段接线：

优点：用断路器把母线分段后，重要用户可从不同母线分段引出双回线供电；当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电，保证重要用户不停电。

缺点：当一段母线或母线隔离开关故障或检修时，该段母线的回路都要在检修期间内停电；当出线为双回路时，常使架空线路出线交叉跨越；扩建时需向两个方向均衡扩建；分段断路器故障造成35kV两段母线停电。 适用范围：

·6～10kV配电装置出线回路数为6回及以上时； ·35～60kV配电装置出线回路数为4～8回及以上时； ·110～220kV配电装置出线回路数为3～4回时。

方案2：采用单母线接线，

优点：接线简单清晰，设备少，操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。

缺点：不够灵活可靠，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电。单母线可用隔离开关分段，但当一段母线故障时，全部回路仍需短时停电，在用隔离开关将故障的母线段分开后才能恢复非故障段的供电。

适用范围：

·6～10kV配电装置出线回路数不超过5回； ·35～60kV配电装置出线回路数不超过3回； ·110～220kV配电装置出线回路数不超过2回。 方案3：采用外桥接线：

外桥接线的特点：当变压器发生故障或运行中需要切除时，只断开本回路的断路器即可，不影响其他回路的工作。当线路故障时，例如引出线1U故障，断路器1DL和3DL都将断开，因而变压器1B也被切除。为了恢复变压器1B的正常运行，必须在断开隔离开关2G后，再接通断路器1DL和3DL。

外桥接线适用于线路较短和变压器按经济运行需要经常切换的情况。以上三个方案，所需35kV断路器和隔离开关数量如表2所示。

(3)

对以上三种方案分析比较。

从经济性来看：由于3种方案所选变压器型号和容量相同，占

地面积基本相同，所以只比较设备，方案1所用设备最多，造价最高，故最不经济；方案3所用设备最少，造价最低，故最经济；方案2介于方案1和方案3之间较经济。

从可靠性来看：方案1，当一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电和不致使重要用户停电，可以满足一、二、三类用户负荷的要求，可靠性高；方案2，任一元件（母线及母线隔离开关等）故障或检修，均需使整个配电装置停电，不能满足一、二类用户负荷的要求。方案3当线路发生故障时，需动作与之相连的两台断路器，从而影响一台未发生故障的变压器运行。因此方案2、方案3可靠性均不如方案1。

从改变运行方式的灵活性来看：方案1因接线简单，所以投切变压器，倒闸操作最简便。

通过以上比较，可以发现方案1以供电可靠性高为主要优点；方案2以设备少，较经济，倒闸操作简便为主要优点；方案3以投资少，经济性好为主要优点。因本变电站无一类负荷，二类负荷所占比例较少（18.8％），所以考虑综合因素，选方案2单母线接线为本变电站的35kV侧主接线。

2母线的选择

发电厂和变电所中的高低压开关柜和配电屏、工矿企业中的大中型生产设备的控制屏，都普遍应用母线以连接电源和各种电器来传输和分配电能。因为在供电系统容量日益增大的情况下，以并联母线输

送大电流比并联敷设电缆经济得多了。在这种场合，据统计，基本费用可降低15%~65%，黑色金属耗量可降低40%~65%，电能损耗可降低50%~75%。

母线电接触连接有可卸式和不可卸式两类：前者以螺栓或螺钉连接，后者以焊接、铆接或胶粘方式连接。据统计，电网中因母线接触不良导致的故障约占全部故障的10%。因此，提高母线接触连接的可靠性各降低其能量损耗具有重大意义。

母线通常以高电导率的铜或铝质型材制造。铝村和经济电导率（即电导率与重量之比）为铜材的两倍，资源丰富，且在大多数场合下对大气和化学作用颇为稳定等特点，使用尤为广泛。只有当周围介质对铝材有较强腐蚀作用或有长期剧烈振的场合下，方使用铜质母线。

铝母线一般采用含铝量达99.5%以上的型材，而对机械强度要求高时，则采用铝镁合金。然而，铝母线表面易生成电阻率较高且欠稳定的氧化膜，其屈服强度和蠕变极限也较差。若其接触表面未经妥善处理，经一年左右的正常运行，接触电阻一般将增大3-5倍。这样 ，要使用铝母线，就应解决好如何降低接触电阻并使之稳定。

母线的材料为铜和铝，没有特殊要求时，一般采用铝材，母线加工之前应进行检查，要求任一断面截面积减少量与标称截面积之比铜排不大于1%；铝排不大于1.5%。母线截面的选择应以母线长期允许导通电流为准，总母线以各分支母线电流之各和进行选择，分支母线以被联接支路额定电流为准进行选择,分支母线以被联接支路额定电

流为准进行选择。具体可根据CAD图表铜排载流量。 2.1母线的打孔

母线联接孔的加工分冲孔与钻孔两类，在具有冲孔模时，应尽可

能进行冷冲加工，没有相应冲模时，可以采用钻床钻孔，孔径尺寸不宜过大。冲、钻孔后必须去毛刺，以保证良好的接触。 2.2母线的弯曲

母线弯曲应在三点式液压弯曲机上或专用弯曲模上进行冷弯制作，弯曲处距安装绝缘子固定螺栓的距离应大于50mm，距母排搭接处的距离不小于30mm。弯曲时不允许有裂纹和明显折皱现象，皱纹高度不大于1mm.

a.母线进行直角冷弯不能保证其弯曲质量时，可以在热态下进行弯曲，其加热温度为：铜母线500~500℃;铝母线200~250℃.

b.母线平弯的弯曲半径就符合表22-5的要求。 表22-5 母线平弯的最小弯曲半径

（单位：mm）

母线规格 （宽x厚） ≤50x5 ≥60x5

注：b为母线厚度。

铜 2b 2b 最小弯曲半径 铝 2b 2.5b c.母线立弯的弯曲半径就符合表22-6的要求。

表22-6 母线立弯的最小弯曲半径 （单位：mm）

母线规格 （宽x厚） ≤50x5 ≥60x5 注:a为母线宽度。 2.3母线的涂漆

母线涂漆颜色应符合以下规定：

1三相交流母线：A相为黄色，B相为绿色，C相为红色。单相交○

流母线引出线相的颜色相同。

2直流母线：正极为赭色，负极为蓝色。 ○

3交流中性汇流母线：○不接地都为紫色，接地者为紫色带黑色条纹。 4封闭母线：母线外表面及外壳内表面涂无光泽黑漆，外壳外表面○涂浅色漆

母线在下列各处不应刷相色漆：

1.母线的螺栓连接处、母线与电器连接处以及距所有连接处10mm以内的地方。

2.供携带式接地线连接用的接触面上。不刷漆部分的长度应为母线的宽度或直径，且不应小于50mm，并在其两侧涂以宽度为10mm的黑色标志带。

铜 a 1.5a 最小弯曲半径 铝 1.5a 2a 2.4母线的搭接方式

母线的搭接方式见CAD图的搭接方式。 2.5绝缘母线

采用绝缘母线的主要原因： 1）

母线经涂覆后表面直接增加了绝缘强度，提高安全可靠性，外

物附落或小动物进入不到致发生母线短路故障。 2）

可缩小相间、相对地距离，缩小开关柜体积，节省原材料。

母线涂敷的绝缘层厚度的绝缘层厚度一般不1~3mm，击穿强度在16KV以上。常用的绝缘母线制造工艺有三种方法:

a.硫化床涂敷工艺 粉末硫化工艺是在硫化度容器中进行。 b.喷涂环氧树酯粉末工艺 在经预留处理后的母线上喷涂环氧树酯粉末。

c.用热收缩材料套、绕工艺热收缩材料，又称为高分子开关记忆材料。主要利用结晶的高分子材料经过高能射线处理或化学引发剂处理，使高分子链间产生的新联结，形成交联的网状结构高分子，在一定温度范围内，施加外力可以拉伸或扩张。如果迅速降温使其维持变形后的状态，这样就制成了热缩材料。材料经扩张形变后，只要将外加温度回升到熔点以上，形变很快消除，并恢复到原来状态。这就是交联高分子的“记忆效应”。热缩材料在发展高技术领域有着重要意义。

3.1热缩材料的使用方法是：

选择适合性能，规格尺寸的产品，套或缠绕在已清洗过表面的物体上。

在该产品规定温度范围内缓慢加热，产品能迅速收缩。

加热器推荐使用液化气罐（生产厂有专用产品），也可以用汽油喷灯、煤气灯、电吹风器、电烘箱、管状炉等、

火焰以调节柔和、发黄为好，火焰应螺旋状前进，保证管子沿圆周方向均匀受热收缩。

加热收缩时应从管子中间向两端表演逐渐延伸，或从一端向另一端延伸以利于收缩时排出管内空气。

加热收缩后的制品，表面应光滑，并能清晰地看出被包裹物体轮廓 综合以上三种方案从经济和方便实用方面来看第三种方案是最适合开关柜和母线桥的母线。一般用热缩管。 3.2热缩母排绝缘保护盒 可拆卸式母排绝缘盒 性能特点：

1）安装快捷，拆卸方便。

2）有效的杜绝变电站普遍存在的小动物短路故障。 3）防止污闪、凝露闪络的发生。

4）有效的防止带电裸线排所造成的人身伤亡事故。 5）防止盐雾及有害化学气体对母排的腐蚀。 6）防止单向对地短路所导致过电压的电气故障。 7）杜绝异物所致电器故障。 8）防止冰柱、粘雪所致的放电故障。

绝缘防护盒主要用于电气设备带电体连接处的绝缘防护，以及

高、低开关柜、断路器、变压器接线端等特殊部位的绝缘防护。主要形式有T型、L型、I型及其它特殊形式。

4 动稳定分析

随着用电负荷的快速增长，许多变电所都对主变进行了增容，并对相关设备进行了调换和校验，但往往会忽视主变母线桥的动稳定校验，事实上此项工作非常重要。当主变增容后，由于阻抗发生了变化，短路电流将会增大许多，一旦发生短路，产生的电动力有可能会对母线桥产生破坏。特别是户内母线桥由于安装时受地理位置的限制，绝缘子间的跨距较长，受到破坏的可能性更大，所以应加强此项工作。

下面以35/10.5kv河田变电所#2主变增容来分析主变母线桥的动稳定校验和校验中应注意的问题。 4.1短路电流计算

已知#1主变容量为10000kVA，短路电压为7.42%，#2主变容量为12500kVA，短路电压为7.48%(增容前短路电压为7.73%)。 取系统基准容量为100MVA，则#1主变短路电压标么值 X1＝7.42/100×100×1000/10000＝0.742， #2主变短路电压标么值

X2＝7.48/100×100×1000/12500＝0.5984

河田变电所最大运行方式系统到35kV母线上的电抗标么值为0.2778。

∴#1主变与#2主变的并联电抗为： X12=X1×X2/(X1+X2)＝0.33125；

最大运行方式下系统到35kV母线上的组合电抗为： X＝0.2778+0.33125＝0.60875

∴35kV母线上的三相短路电流为：Id=100000/0.60875*√3*10.5，冲击电流：Ish=2.55Id=23032.875A。 4.2 动稳定校验

(1)35kV母线桥的动稳定校验：

进行母线桥动稳定校验应注意以下两点：

①电动力的计算，经过对外边相所受的力，中间相所受的力以及三相和二相电动力进行比较，三相短路时中间相所受的力最大，所以计算时必须以此为依据。

②母线及其支架都具有弹性和质量，组成一弹性系统，所以应计算应力系数，计及共振的影响。 根据以上两点，校验过程如下：

已知母线桥为10x100mm2的铝排，相间中心线间距离为360mm，先计算应力系数：

∵频率系数Nf＝3.56，弹性模量E＝7×10.7 Pa，单位长度铝排质量M＝1.568kg/m，绝缘子间跨距2m，则一阶固有频率: f’=(Nf/L2)*√(EI/M)=110Hz

查表可得动态应力系数β＝1.3。 ∴单位长度铝排所受的电动力为： fph＝1.73×10-7Ish2/a×β＝568.1N/m

∵三相铝排水平布置，∴截面系数W＝bh2/6＝85333mm3，根据铝排的最大应力可确定绝缘子间允许的最大跨距为： LMAX=√10*σal*W/ fph=3.24m

∵河田变主变母线桥绝缘子间最大跨距为2m，小于绝缘子间的最大允许跨距。

∴满足动稳定要求。

(2)支持绝缘子的动稳定校验：

完成了35kV母线桥的动稳定校验，还必须对母线上的支持绝缘子进行动稳定校验。

已知支持绝缘子型号为：ZA-10Y，其抗弯破坏负荷为Fcd=225kg。 ∵Fmax=5681×(2+2)/2=1136.2N，而0.6Fcd=1323N ∴Fmax<06Fcd

∴支持绝缘子满足动稳定要求。

由以上计算可知，铝排和支持绝缘子均满足动稳定要求，所以不需要对母线进行加固。

如果校验结果不满足动稳定要求，根据具体情况可以通过采取如下措施以满足要求：①增加支持绝缘子减少跨距；②换用抗破坏强度

大的支持绝缘子；③改造母线桥增加铝排尺寸或增加母线相间中心线4母线着色可以增加辐射能力，利于散热，着色后允许负荷间距离。○

电流提高12~15%。

总之，主变增容后必须进行母线桥的动稳定校验，不能凭想当然，有些地方增容后尽管短路电流增大了许多，但母线桥仍能满足动稳定要求(如上述例子)，就没必要进行母线桥的改造，以减少了投资和停电损失。反之，有些地方增容后尽管短路电流增大不多，但如果超出了动稳定要求，就必须采取措施进行改造。

5导体接头的设计

连接原则如下：

铜—铜：在干燥的屋内可直接连接；屋外、高温且潮导体接头一般分为焊接接头、螺栓连接接头和伸缩接头。一个好的母线接头，对节省有色金属、降低母线造价，安全可靠运行具有很重要的意义。 螺栓接主要用在母线与设备端子和母线的可拆部分。要求作到接触面的接触电阻及发热温度尽可能低。

螺栓连接接接头的接触电阻由于与接头发热温度、接触面的形式、接触压力等因素有关，难以得出确切的计算数值，实用设计的安装时，为了防止接触面过热，一般应满足下列要求：

（1） 螺栓连接时导体接头的发热温度及允许温度应满足下表要

求：

接头处理方法 长期允许最高发热温环境40℃时的温升度（℃） （℃） 40 90 105 50 65 铝——铝 铜——铜 铝镀锡—铝镀锡 铜镀锡——铜镀银 铜镀银—铜镀银 80

（2） 导体与导体、导体与电气设备接线端的螺栓连接，应根据

不同材料按规定进行。经查《《电力工程电气设计手册》》P355可得本次所用的螺栓连接接头数据。 （3） 螺栓连接时导体接头的处理：

1） 为了降低接头的接触电阻，接头组装前必须对接触面进行适当的处理，处理方法我国最常用的是涂中性凡士林。 2） 清除接触表面的氧化膜，清除氧化膜的方法钟包括锉、轻便的机械加工或用强力的钢丝刷在中性油脂下进行刷，加工好的接头表面面积不应小于原母线长度截面的97%。

3） 为了提高母线的允许运行温度，母线接头需经过镀银或镀锡处理。常用的导体材料中，以银的性能最好，他的电阻率和硬度都小，低温下不易氧化，高温下银的化合物又很容易还原成金属银，银的氧化物电阻率也低，但由于银的价格太贵，所

以只能用于镀层。

锡的优点是硬度小氧化膜的机械强度也很低，尤其是在大电流导体需要工作温度较高的情况下，在铜、铝接头上镀银和镀锡都具有现实意义。

湿的屋内或对导体有腐蚀性气体的屋内，接触面必须涂锡。 铝-铝： 在任何情况下可直接连接，有条件时宜镀锡。

铜-铝： 在在燥屋内可直接连接，屋外或特别潮湿的屋内，应使用铜铝过渡接头。

4） 为了防止接头的电镀腐蚀作用，对于暴露在高湿度气体中的导体 接头必须使用保护润滑剂，对于在沿海露天以及电化腐蚀严重的其它腐蚀性较强的大气中，除了涂涂润滑剂以外，还应涂抗氧化漆.