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母线在电力系统中的作用是汇集、分配和传送电能,是输变配电的枢纽,其工作的可靠性将直接影响到电力系统的安全可靠性。目前国内外在变电所高压配电装置、发电机出口、以及变压器进出线,大都采用常规铜排母线。当交流电流通过铜排母线时会产生集肤效应。常规铜排母线中有色金属铜的用量很大,由于集肤效应的影响,造成的铜排内部铜资源浪费严重,由此大大提高了输电母线的成本投入,这并不符合节能减排的政策要求。随着我国电力领域的新发展和国家智能电网的建设需求,节能、节材、安全的新型母线的需求极为迫切,节能、节材、安全也是母线产品发展的必然趋势。 铜包铝管母线是一种新型节能输电母线,由铜管和铝管组成,是一种铜管在外铝管在内的结构,铜管和铝管之间是机械搭接。这种结构使两个都会分担一部分的电流。同时在内部的铝管也起机械支撑的作用。根据集肤深度的计算公式,在相同频率和幅值的交流电流情况下,铜管的集肤效应强度比铝管的要强。铜包铝管这种管型结构能增加电流流过导体的有效截面积,从而减小导体的阻抗大小(与常规铜排母线相比,铜包铝管母线的交流阻抗能减小17%),最终会减小导体的损耗大小并且节省电能损耗。 本文主要对铜包铝管母线进行了理论分析、温升实验和耐压实验,总结了铜包铝管母线的性能优点,并分析了铜包铝管母线用作封闭母线的可行性。 本文首先从电磁场基本理论出发,分析管型母线的交流电阻与厚度的关系,即在相同加载的情况下,通过解析法和有限元仿真法计算管型母线在不同厚度的情况下交流电阻的大小,得出管型母线交流电阻随厚度变化的曲线。对铜管和铝管的解析计算和有限元仿真为铜包铝管母线中铜管和铝管厚度的选择提供了理论基础。 其次,根据理论分析结果,确定额定电流为4000A铜包铝管母线的尺寸,分析其热传递过程,用数值解析的方法计算母线温升大小。此外,对铜包铝管母线进行温度场和电场的有限元仿真,并得出铜包铝管母线的温升大小和绝缘的耐压值。 最后,根据以上结果,对铜包铝管母线做耐压和温升实验,验证理论分析的结果。此外,综合铜包铝管母线的性能优点,分析铜包铝管母线应用在封闭母线的可行性。