全連式離相封閉母線的安裝調(diào)試和優(yōu)化設(shè)計(jì)

張繼宣，魏宏斌

中國機(jī)械工業(yè)第四建設(shè)工程有限公司，河南 鄭州 450052

1 概述

電力系統(tǒng)中的封閉母線主要有離相封閉母線、共箱封閉母線和電纜母線等，廣泛用于發(fā)電廠、變電所、工業(yè)和民用電源的引線，承擔(dān)著輸送大電流的作用。全連式離相封閉母線通常用于200mW及其以上發(fā)電機(jī)組，是一種大電流傳輸裝置，其導(dǎo)體和外殼均采用鋁板卷制焊接而成。

2 全連式離相封閉母線的結(jié)構(gòu)

全連式離相封閉母線的用途主要是用于發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)跟變壓器之間的線路連接，而且，為了便于之間的運(yùn)輸，主要是在工程內(nèi)就事先制造好若干段，并在現(xiàn)場進(jìn)行組裝和焊接。

2.1 母線導(dǎo)體支持結(jié)構(gòu)

母線的導(dǎo)體支持方式目前主要是采用較多的是三絕緣支持的方式。300mW的機(jī)組全連式離相封閉的母線導(dǎo)體采用的是三絕緣子支持方式。母體的導(dǎo)線和外殼的均為圓筒的結(jié)構(gòu)，一般都采用三個(gè)互成120°的絕緣子支持在母線導(dǎo)體的外殼， 在絕緣子與導(dǎo)體之間主要為彈性支持的，下面的兩個(gè)絕緣子的支持金具與絕緣子之間一般都是沒有間隙的，在承受的母線的導(dǎo)體重力，而在上面的絕緣子的支持金具與絕緣子之間有10mm的間隙，以達(dá)到控制定位的作用。

2.2 母線的外殼支持結(jié)構(gòu)

全連式的離相封閉母線的外殼一般都采用的是槽鋼抱箍抱緊的技術(shù)，而抱箍通過的鉸鏈或跟底座的連接，最后再固定在支持橫梁上面，這樣抱箍一般在支持橫梁結(jié)構(gòu)中起著關(guān)鍵的作用，而實(shí)踐中證明，若是母線外殼，沒有進(jìn)行槽鋼抱箍時(shí)，就開始將母線導(dǎo)體與外殼進(jìn)行相應(yīng)的組裝之后，發(fā)現(xiàn)母體的原裝外殼的變形較大，而且導(dǎo)體與外殼之間的偏差有20mm，若對(duì)母線外殼用槽鋼抱箍抱緊后再跟我可進(jìn)行組裝的時(shí)候，不但母體的外殼沒變，而且導(dǎo)體與外殼之間的同心度也在線路的要求范圍之內(nèi)。

3 全連式離相封閉母線的安裝與試驗(yàn)

下面以我公司承建的印尼INDRAMAYU3*330mW燃煤電站為例。論述一下全連式離相封閉母線安裝試驗(yàn)的工藝。

1）離相封閉母線布置

2）離相封閉母線的安裝

（1）母線、標(biāo)高尺寸檢查

安裝前必須進(jìn)行母線檢查，目測支持絕緣子是否有損壞、破裂現(xiàn)象，母線是否有外殼變形、擦劃傷、母線導(dǎo)體是否移位等現(xiàn)象。

在開始安裝前，檢查土建工程，發(fā)電機(jī)及變壓器的尺寸和標(biāo)高。以發(fā)電機(jī)出線端子、變壓器低壓套管和墻預(yù)留孔為基準(zhǔn)進(jìn)行檢查，校對(duì)安裝尺寸，修正誤差為±3mm/m，整體不大于±5mm。

確認(rèn)封閉母線基礎(chǔ)構(gòu)架、PT柜、中性點(diǎn)柜的基礎(chǔ)及標(biāo)高、中心線準(zhǔn)確無誤后，作出母線B相中心線并彈上墨線，由地面反饋到母線支撐架上，確保B相套管中心線與PT柜B相套管中心線，封閉母線B相中心線在一條直線上，左右誤差不超過±5mm。

（2）封閉母線的安裝

安裝原則為先戶內(nèi)后戶外，戶內(nèi)為先里后外，即按照母線總裝配圖，先將發(fā)電機(jī)出線箱、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)箱、PT柜、勵(lì)磁變吊裝就位后，調(diào)整出線箱的高度并焊好出線箱的支撐架，然后由發(fā)電機(jī)出口開始進(jìn)行母線的分段吊裝。

外殼采用槽鋼支撐底座。在支持點(diǎn)處先用槽鋼抱箍將外殼抱緊，抱箍通過軸與底座連接，底座焊接于固定支撐鋼梁上，鋼橫梁則安裝于預(yù)埋件鋼架上。各段母線間或各段外殼間采用雙半圓抱瓦搭接焊接。封閉母線在一定長度范圍內(nèi)，設(shè)置有焊接的不可拆卸伸縮補(bǔ)償裝置，母線導(dǎo)體采用多層薄鋁片做成的伸縮節(jié)與另一端母線導(dǎo)體搭接焊連接，外殼則用外殼抱瓦與兩端外殼搭接焊。母線與設(shè)備連接處設(shè)置螺接的可拆伸縮補(bǔ)償裝置，母線導(dǎo)體與設(shè)備端子導(dǎo)電接觸面皆鍍銀，用帶接頭的銅編織線作為伸縮連接件，外殼用橡膠伸縮套連接，同時(shí)起到密封作用。

母線導(dǎo)體連接接頭或其它容易發(fā)熱部位,一般裝設(shè)有測溫裝置（如溫度計(jì)），外殼上相應(yīng)位置附近或其它容易過熱部位則埋設(shè)鉑熱電阻，其溫度訊號(hào)可引入集控室進(jìn)行溫度檢測。

母線導(dǎo)體靠近發(fā)電機(jī)、變壓器、電壓互感器柜連接處，設(shè)外殼短路板，并裝設(shè)可靠的接地裝置。采用一點(diǎn)接地時(shí)，每一支吊點(diǎn)底座與鋼梁必須加裝絕緣層。

（3）封閉母線的焊接

母線的焊接主要是離相母線的鋁導(dǎo)體的焊接以及鋁制外殼的焊接。封閉母線是承擔(dān)電力傳輸?shù)闹匾獙?dǎo)電部件，導(dǎo)體間的連接必須牢固緊密，接觸良好，所以封閉母線焊縫的焊接必須要能夠保證高質(zhì)量的電氣和機(jī)械性能。同時(shí)，離相封閉母線外殼的焊縫還必須達(dá)到防雨要求。

焊接之前，應(yīng)檢查外殼對(duì)導(dǎo)體的安全距離，其值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。焊接前，焊接區(qū)表面用砂紙或鋼絲刷，刷除漆層、氧化層，并用酒精或其它清洗劑（不含油劑）擦凈，方可進(jìn)行焊接。焊接導(dǎo)體雙抱瓦時(shí)，應(yīng)用耐火石棉布遮住導(dǎo)體焊接區(qū)兩側(cè)以防止焊渣飛濺，損傷絕緣子。在導(dǎo)體焊接完后，用鋼絲刷刷去氧化膜，如有尖角需磨去，并涂上相應(yīng)的無光黑漆，檢查焊口附近是否有剩余雜物及工具等遺留物。檢查完畢后方可進(jìn)行母線外殼的焊接。離相封閉母線在焊接、清掃完畢后，需要進(jìn)行表面油漆處理，目的是為了改善其輻射散熱的性能。

（4）封閉母線的檢查

母線焊接完畢后，應(yīng)對(duì)封閉母線進(jìn)行清掃、封閉，并請(qǐng)業(yè)主或監(jiān)理、施工單位等有關(guān)部門共同檢查確認(rèn)。

3）封閉母線的試驗(yàn)

（1）絕緣電阻試驗(yàn)

用2500V兆歐表進(jìn)行相間和相對(duì)地絕緣電阻檢查，母線整體測試值不低于100兆歐。

（2）耐壓試驗(yàn)

根據(jù)GB311.1～6標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定進(jìn)行母線交流耐壓試驗(yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)的工頻耐壓試驗(yàn)值應(yīng)符合規(guī)定值的75%，或根據(jù)廠家技術(shù)文件要求的試驗(yàn)電壓值進(jìn)行現(xiàn)場工頻耐壓試驗(yàn)。

（3）淋水試驗(yàn)

根據(jù)GB8349-87《離相封閉母線》第6.3.3條要求對(duì)戶外部分的封閉母線的外殼要進(jìn)行淋水試驗(yàn)。

（4）微正壓系統(tǒng)試驗(yàn)

對(duì)于微正壓充氣的封閉母線，還要進(jìn)行外殼氣密性試驗(yàn)。

4 離相封閉母線的優(yōu)化設(shè)計(jì)

目前在我國國內(nèi)的大容量的機(jī)組使用中，全連式的離相封閉母線已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用，但這些封閉母線都是在參照國外的容量等級(jí)來確定母線的結(jié)構(gòu)尺寸的，并通過設(shè)計(jì)與計(jì)算來確定最終的，并沒有考慮到投資的費(fèi)用和運(yùn)費(fèi)的其他費(fèi)用的指標(biāo)。因此，需要我們對(duì)此進(jìn)行設(shè)計(jì)上的優(yōu)化，資金上的調(diào)控，主要采用的是正交優(yōu)化法。

封閉母線主要的功能是傳輸大量的電能，一般電流量較大，而且電線升溫較快，這樣對(duì)母線的溫度的發(fā)熱考察是其運(yùn)行的正常指標(biāo)，同事也決定了他的結(jié)構(gòu)尺寸所要設(shè)計(jì)的大小。

全連式的離相封閉母線對(duì)于影響母線的溫度升溫的結(jié)構(gòu)的參數(shù)，通過計(jì)算來比較總體的費(fèi)用，并從眾多的方案中來尋求比較經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)即總體的費(fèi)用最優(yōu)的一個(gè)方案，然后進(jìn)行綜合的考核，最終再確定最終的。

在正交優(yōu)化的設(shè)計(jì)中，影響經(jīng)濟(jì)的指標(biāo)因素不同，也就有不同的因子，每個(gè)不同的因子的值稱為水平。而其在正交優(yōu)化的設(shè)計(jì)中，最重要的影響因素主要是母線導(dǎo)體的直徑、厚度以及母線外殼的尺度，每個(gè)因子我們?nèi)∥鍌€(gè)水平，那么在整體的因子進(jìn)行組合就會(huì)有625個(gè)不同的方案來進(jìn)行選定，但利用正交法的話主要在25個(gè)方案中進(jìn)行對(duì)比就可以選出一個(gè)最經(jīng)濟(jì)的方案來。

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算的主要原始數(shù)據(jù)

母線導(dǎo)體額定電流:Im=12500A；

母線外殼額定電流:Ik≈12500A；

最高環(huán)境溫度:T0=40℃；

母線導(dǎo)體允許溫度:Tm≤90℃；

母線外殼允許溫度:Tk≤70℃；

相間距離:S=1400mm。

此外還需知道以下數(shù)據(jù):電費(fèi)C（元/kW·h）；年最大運(yùn)行小時(shí)數(shù)S1（h）（運(yùn)行部門提供6000h）；投資回收年限S2（a）（6.67a）；母線材料比重ρ（kg/m3）；母線材料價(jià)格P（元/t）。

4.2 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算

投資費(fèi)B1=（Fm+Fk）*ρ*P×10-6元/（相*m）；

運(yùn)行費(fèi)B2=（Pm+Pk）*S1*C*S2×10-3元/（相*m*a）；

總費(fèi)用B=B1+B2。

式中:Fm、Fk分別為母線導(dǎo)體、外殼截面積，mm2；

Pm、Pk分別為母線導(dǎo)體、外殼的電能損耗，W/m。

4.3 計(jì)算結(jié)果

1）通過計(jì)算，求得各因子對(duì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響程度，即Hk影響最大，依次是DK、Hm、Dm；2）通過經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行綜合的考慮，對(duì)比之后選擇的結(jié)構(gòu)尺寸主要為:Dm=500mm，Hm=12mm，Dk=1050mm，Hk=6mm。

4.4 全連式離相封閉母線的校核計(jì)算

通過優(yōu)化的設(shè)計(jì)來進(jìn)行計(jì)算，初步尋定的全連式離相封閉母線的尺寸以及熱、電力等進(jìn)行綜合的計(jì)算，即可確定最終的方案。在參與核對(duì)的結(jié)果中計(jì)算的主要內(nèi)容是:1）母線的熱平衡計(jì)算；2）母線導(dǎo)體及外殼的熱穩(wěn)定性計(jì)算；3）母線導(dǎo)體及外殼的電動(dòng)力計(jì)算；4）母線導(dǎo)體及外殼的固有振動(dòng)頻率計(jì)算；5）母線導(dǎo)體及外殼的應(yīng)力計(jì)算及強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核。

5 結(jié)論

通過以上論述可以得知，在我國200mW及其以上發(fā)電機(jī)組中，全連式離相封閉母線技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，在確定母線的外形結(jié)構(gòu)尺寸時(shí)，首先根據(jù)機(jī)組參數(shù)，采用正交法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從整體上再進(jìn)行熱、電力等各方面的計(jì)算，進(jìn)行綜合的計(jì)算核對(duì)，從最終的結(jié)構(gòu)中選出最優(yōu)的方案。

[1]火電廠電氣設(shè)備啟動(dòng)調(diào)試.中國電力出版社.

[2]印尼INDRAMAYU3*330MW燃煤電站項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料.

[3]離相封閉母線出廠技術(shù)資料.

[4]GB8349-97 離相封閉母線.