新型高性能高分子材料金属复合管母线及结构件项目可行性分析报告 新型高性能高分子材料/金属复合管母线（简称“新型复合绝缘管型母线”）系采用空心管状铜管或铝管做导体，用三层共挤的新技术在铜管外表面包覆三层特殊的高分子材料，即内屏蔽层、绝缘层、外屏蔽层，实现母线的屏蔽绝缘作用。复合绝缘管型母线是在输配电网络中使用的新型母线，与传统的矩形铜排母线相比，它具有载流量大、集肤效应低、功率损耗小、散热条件好、温升低、电气绝缘性能强等特点，是近几年在国外发达国家已被普遍认可的新型产品。本项目将建成为国际先进、国内一流的年产3.10万米的新型复合绝缘管型母线及结构件的生产线。 （一） 项目建设背景
1、供电母线的发展现状
随着经济的发展，我国开始逐步加大城市电网和农村电网的改造，进而提升电网的供电质量和保障能力。在电网的改造和建设过程中，我国大量采用矩型供电母线作为电器设备连接的主要设施。但是矩型母线存在明显的缺点：集肤效应明显，涡流损耗严重，约占整个线路损耗的80%，占整个变电站系统损耗的20%。从全国来看，由于线路损耗而损失的电量是非常庞大的。
有鉴于此，国家电网公司从2000年起逐渐采用铜或铝金属管状裸母线替代矩型母线，在降低损耗方面迈
出了一大步。但采用裸母线，其供电安全性并没有得到改善，仍会有异物搭接、动物短接、气候温变凝露及人为触电等闪络事故的发生。为此，我国开始进行金属管母线的绝缘防护的研究和应用。
随着对大容量大电流安全传输的迫切需求，采用新型的高分子材料/金属复合管型母线和结构件的重要性也愈加突显。新型复合绝缘管型母线是为了适应变电站容量不断扩大，低压侧出线电流不断加大而开发的新型产品，其不仅为电站的扩建和增容提供了有力的支持和保证，给电气设备的敷设辅以安全和环保的新概念，同时又可节约大量宝贵的金属资源，是输配电行业未来发展的方向，符合我国环保节能、可持续发展的基本国策。
该产品的特点是：安装结构简单，机械强度高，连接方便可靠；其导电能力是原等截面矩形导体的1.5～2倍。原理就是利用电流在导体中流动的集肤效应，在提高电力运送能力的同时、提高电力运行的可靠性、降低能耗和节约资源。可根据安装现场不同分为架空式、电缆沟密集布置式、高压室间和高压分段的母联布置。该产品是一种耐环境污染、输送电流大、运行更加安全可靠及维护量少的新型产品，可满足电力发展的不断要求，是传导大电流应用的首选输电设备产品。
2、技术背景
90年代后期，国内外开始大量地关注和研究新型高性能高分子材料/金属复合管型母线及结构件技术。在2000年初，个别厂家开始对新型的高分子材料/金属复合材料结构件进行研发、生产和安装应用，主
要应用在各变电站的母线连接。2003年德国DEGUGAR公司开始在国内销售铜铝金属管绝缘屏蔽母线。该产品的绝缘材料是采用环氧树脂玻璃纤维布层压浸渍固化制备的，产品结构过于刚性，散热性能差，冷热循环易出现金属层与树脂层开裂，影响电气性能的稳定，还存在单位长度母线的重量偏重，安装不便等问题。
目前，国内生产该类产品的厂家主要在管母线的屏蔽绝缘包覆技术上与国外存在较大差距，国内大都以手工绕包为主，分层对铜管进行包覆，不是连续化生产，生产效率较低，产品质量得不到有效保证。
公司在国内目前手工缠绕铜管母线的基础上，自主研发了适合母线包覆的三层共挤设备，使手工分层包覆的传统工艺变成自动化、连续化的三层共挤新工艺，实现铜管母线生产的机械化自动化。在内外层屏蔽材料和绝缘材料方面，结合公司高分子材料方面的研究成果，实现了材料层间的有效粘合、局部放电水平降低、电气性能提升的效果；在护套方面，将采用连续长的环保阻燃弹性体挤出包覆或环保阻燃热缩套管，后者既可工厂制造，又可现场收缩安装，既能节省成本，又可提高密封性能。公司还研发用合金复合材料替代单一金属材料的铜管或铝管，以达到产品材料更轻、导电性更佳的目的。由于采用了新型的高性能绝缘材料和新的“导电-绝缘-导电”材料三层共挤新技术和新工艺，不仅有效地提高了管母线的产品质量，同时也大幅度提高了生产效率，为我国输配电领域提供了高可靠
的新型管母线产品。本项目被深圳市政府认定为2009年市科技研发资金技术研究开发计划（三新类）资助项目。
（二） 项目建设必要性
本项目产品新型复合绝缘管型母线具有集肤效应低，传输容量同比增大的特点，由于采用弹性体绝缘，从而使电绝缘性和耐热老化能力提高，且与金属冷热膨胀自适应性较好。目前，该产品已获得了13项专利，同时公司已开始产品的自动化小规模生产，成为全国首家自动化生产新型复合绝缘管型母线的公司。
新型复合绝缘管型母线是为了适应变电站容量不断扩大，低压侧出线电流不断加大而开发的新型产品，可充分满足需求侧电流不断增加的要求，其主要具备以下优点：
1、载流量大，非常适合于大电流回路
复合绝缘铜管母线为空心的管状导体，表面积大，导体表面电流密度分布均匀，特别适合于工作电流大的回路。
2、集肤效应低、功率损失小
绝缘铜管母线的集肤效应系数低，Kf<1 ，电流分布均匀，交流电阻小，因而线路损耗低。
3、绝缘裕度大，安全性好
铜管母线为屏蔽式、套管式绝缘铜管母线，外面有金属屏蔽、密封、防水、金属材料屏蔽外壳，接地后其电位为零。采用弹性体绝缘材料，额定电压10kV 的母线主绝缘材料层厚5.0mm，工频耐压为55kV/ 1 分钟，35kV 母线耐压水平可达到200kV ，可消除外界潮气灰尘影响，防止意外和人为事故短路，提高运行安全性。
4、机械强度高，安装简单
绝缘铜管母线的允许应力为矩形母线的 4 倍，可承受的短路电流大，机械强度高，使得母线支撑跨距加大。同时架构简明、布置清晰、安装方便，减少了土建构架基础等工作量，维护工作量减少。
5、无污闪、无凝露
国家标准三级防污距离为≥230mm ，绝缘铜管母线防污距离为≥800mm ，是国家标准的 3 倍以上，所以绝缘铜管母线没有污闪。绝缘铜管母线取消了支柱绝缘子，采用金属屏蔽，外壳接地，电位为零，支撑部位外壳有凝露也不会产生放电。
6、散热条件好、温升低
复合绝缘铜管母线为空心导体，母线内径风道能自然形成热空气对流，( 室内和室外的气压差，能自然形成热空气对流），散热条件好，导体温升低。终端连接头和中间接头接触电阻小、温升低、终端连接头与中间接头（母线连接金具）均采用圆环抱箍式与铜管连接，圆与圆之间受力均匀，接触表面积大，接触表面大于导体截面的10 倍。
（三） 产品市场预测与分析
1、市场预测
据中国电器工业协会《2007年电工行业经济运行分析与2008年预测》数据分析，2007年国内电力电缆的产销总量为1,400万公里。以目前的市场发展容量和趋势，新型复合绝缘管型母线由于其价格及性能的优势必将会逐渐取代传统母线，在未来10-20年的时间里形成巨大的市场，预计将会以每年10%左右的替代量来完成新旧产品的转换。
随着新型复合绝缘管型母线这种先进结构产品的推广，世界上主要电力设施厂商都将目光瞄准中国大陆市场，纷纷在中国投资设厂，如著名国际品牌ABB、PIRELLI等已纷纷抢滩中国的电力市场，在中国合资或独资生产管状母线，可见中国的新型复合绝缘管型母线的市场潜力巨大。
2、产品目标市场分析
本项目建成投产后，目标市场初步定位于国内市场，首先立足于电气领域的应用，逐步向其它领域的应用发展。随着产品知名度的提高，凭借产品质量及其成本优势，将逐渐开拓国外市场。
目前，公司已完成产品的中试，产品的供应量和市场的占有率在国内市场来讲，还不是太高。但公司在产品技术、研发能力、生产自动化、销售策略等方面均具有优势，且公司在应用新型绝缘材料于电气设备领域方面处于国内领先水
平，具有一定的知名度，因此，根据企业制定的市场策略，预计本项目产品未来在输配电设备市场上将占有较多的份额。
（四） 项目的技术方案
1、技术来源
本项目投产所用的生产技术为公司的自有研制技术。
2、技术先进性分析
本项目产品主要创新之处如下：
（1）金属材料创新
公司拟将单一金属材料的铜管或铝管，变换成铜包铝稀土合金管，或铜包镁稀土合金管，材料更轻，导电性更佳。通过研究，金属管导电电流分布是不均衡的，直径大的区域，电流密度增加。为了降低铜管的造价，在稀土铝合金管的外壁复合一层无氧铜，这样机械强度和导电性没有降低，而产品的造价减低了，单位长度的重量减少很多。与传统的电缆或着矩形金属母排相比，传输相同的电流，与管状母线相比，矩形母排需耗用 1.2-1.5倍的同质金属，而电缆则需要消耗3.1-3.5倍，表明采用管状电缆在节约金属铜材料方面具有优势。
（2）非金属材料创新
铜铝连接管在金属管外表面包覆特殊的导电高分子材料，实现导体的内外屏蔽，两屏蔽层之间是高分子绝缘材料。这些材料具有良好的加工性能，可以挤出成型；具有一定的弹性可以粘结在铜管的表面；材料彼此之间有较好的相容性，使得层间紧密粘合。由于在包覆材料与铜管表面及不同材料的包覆层之间不存在空隙，使得母线的电性能大大提高。德国DEGUGAR公司的复合管母线是采用环氧树脂直接层压固化在铜或铝管上的，没有导电的非金属材料的缓冲层，会造成管电缆运行时由于冷热循环的变化，导致金属管外壁与树脂绝缘层出现空隙，造成局部放电增加，电气性能下降，最终导致击穿。国内厂家采用的是绕包半导电带当缓冲层的做法，这种工艺的质量不高，一是半导电带的容易在后续加工的加热工序中出现断裂，二是缠绕的层表面有波形起伏，造成电场不均匀，这些都会导致电场击穿。
（3）成型技术创新
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