SF6气体绝缘金属封闭管道母线工程设计

摘要：该文介绍了SF6气体绝缘金属封闭管道母线在工程设计中的要点和难点，对其中的几种重要元件进行结构分析，对整体结构进行计算。

关键词：SF6气体绝缘金属封闭管道母线;波纹管;伸缩节

中图分类号：TM645.1 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)07-0055-02

GIP是SF6气体绝缘金属封闭管道母线的缩写，是重要的大型输变电设备，用于高压(252kV)大容量(4000A以下)和较长距离(数千米)的输电设备，壳体内部充以0.45MPa(20℃时)的SF6气体为绝缘介质，用以承载运行线路的电流。它主要具有以下一些优点：性能可靠，使用寿命长，无污染;壳体全部采用铝壳体，通流能力强，体积小，重量轻;该产品可以通过套管与架空线连接，通过油气套管与变压器连接，可以与GIS直连，也可以在其线路上增加避雷器、电压互感器等保护和测量设备;结构紧凑，布置施工方便，占地面积小，可以帮助用户实现比较复杂的接线方案，可以根据用户的意愿选取各种布置形式;与同样电流电压等级的输电电缆相比较容量大。

随着我国经济的发展，电力需求在不断地加大，很多变电站都需要改扩建，架空线需要比较大的空气绝缘距离，而输电电缆的容量又不够或者是造价太高，这时输电管道就凸显出不可替代的作用。

下面以上海黄渡变电站工程为例，说明工程设计的要点和难点，以及一些重要元件的结构和使用原理。

1 设计要点和难点

上海黄渡变电站是上海市一个重要的500kV变电站，经过几十年的扩建，现在电站内已经开关林立，基本没有可以再增加设备的空间，本期工程需要增加连接新上的变压器和备用出线的输电管道，选用了平高集团有限公司生产的GIP 管道母线，电压等级为220kV。

在该变电站中，母线最长的直线距离达到了110m，这节母线的两侧不到2m的距离内就有前期的设备，并且这里的地基原来也是做好的，很多前期的电缆沟横穿过这里的地基，在设计时需要考虑以下几个方面的特殊情况。

第一，设计地基时需要先现场测绘前期的地基，考虑避开前期电缆沟等不能改造的部分。

第二，由于直线距离长，需要考虑设备随温度变化产生的热胀冷缩。

第三，由于两侧设备的限制，需要考虑在设备安装和检修时的方便。

第四，针对直线距离长的问题，需要计算设备的热胀冷缩，其公式为：

Δl=l×α×Δt

式中Δl——长度的变化量;

l——需要计算的总长(母线总长110m);

α——材料的线热膨胀系数(母线材料为铝合金，其系数为2.4×10-5/℃);

Δt——温度的变化量(环境温度变化范围按技术要求为65 ℃)。

根据相关数据，计算结果伸缩量为171.6mm。信息请登陆:输配电设备网

也就是说自由状态的话，母线会产生171.6mm的变化量，但是设备一端是出线套管，另一端是避雷器，如果母线产生这么大的伸缩量，就可能将出线套管推倒或者是母线管道破坏，在设计时，考虑使用波纹管这一弹性元件，来吸收母线产生的伸缩量。波纹管的结构如下(如图1所示)。

1：有一定预压力的碟簧;2：弹性波纹管;3：调节螺母

图1 波纹管结构

这种波纹管的工作原理是：母线设备都安装完毕之后，充入SF6气体，松开调节螺母，这时碟簧的预压力和SF6气体产生的盲板力抵消，使母线处于相对比较自由的状态，由于波纹管属于柔性元件，象弹簧一样具有一定的刚度，当温度变化使母线产生热胀冷缩时，母线的刚性伸缩量就可以由波纹管吸收，但是，由于波纹管的伸缩量也不是无限大，设计还需要根据波纹管的技术条件适当的布置波纹管在母线中位置，这个工程中的波纹管的有效伸缩量为±25mm，由上述公式计算出，本工程需要每30m设置一组这样的波纹管，就可以有效的吸收母线的伸缩量，需要特别指出的是，由于波纹管也具有一定的刚度，发生位移时也会产生推力，所以设计支撑时要详细考虑支撑的固定型式和强度，否则波纹管的设置也不能有效的防止事故的发生。

波纹管设置后，中心导体部分还需要考虑采用超程较大的电连接和导电杆配合，其超程量应根据波纹管的调节量设定。这样，当波纹管的长度被压缩或者是拉伸的时候，才能保证中间导体的正常通流能力。这种结构通常叫做伸缩节，属可拆结构。

为了方便对其中的任一段母线进行安装和检修，设计考虑了尽可能方便的方法，否则从两端解体将非常的麻烦，甚至是无法实现的。

这种结构的工作原理：将伸缩筒体和可拆电连接往左侧推出后，就可以实现壳体和中心导体都从两侧脱离开的目的，当将同一条管道母线的一对伸缩节打开时，这对伸缩节中间的这部分母线就可以吊出处理了，而伸缩节两侧的设备都不需要移动位置。

由于上述伸缩节的结构比较复杂，在设计时需要考虑电场情况，根据计算结果确定结构是否可行。本设计中电场计算结果表明(计算过程略)，中心导体最大电场不超过24kV/mm，绝缘表面最大电场不超过14kV/mm，筒体内壁最大电场不超过12kV/mm时，绝缘符合要求。

2 结束语

GIP工程和GIS工程相比，需特别注意波纹管和固定支撑的布置位置，支撑的强度能不能抵抗波纹管刚度产生的应力，固此应适当设置伸缩节以方便安装和后期的检修。随着电力事业的发展，这些特殊的工程设计也将越来越多的出现在电力系统的设计和施工中。

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