高壓開關柜制造過程中母線設計流程的改進

西電寶雞電氣有限公司　王云鵬

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高壓開關柜制造過程中母線設計流程的改進

西電寶雞電氣有限公司王云鵬

高壓開關柜設備是輸配電的核心設備，母線在高壓開關柜的整個運行過程中起到至關重要的作用。通過改進母線設計流程可以減少開關柜產品的生產周期，提高產品的生產效率，加快交付用戶產品的時間，從而提高企業的整體工作效率。

高壓開關柜；母線設計；設計流程；制造周期

高壓開關設備廣泛應用于國家大型電力工程項目和石化、冶金、交通、煤炭項目的關鍵部分，是輸配電的核心設備。高壓開關柜母線在設備中起到匯集、分配和傳送電能的作用，其制作是長期以來制約各高壓開關柜生產企業的一個瓶頸環節，母線的設計、制作及其裝配占到開關柜產品生產周期的1/5，并且因制作不準確而造成的現場安裝困難和材料浪費嚴重影響生產企業的進一步發展。

一、開關柜生產流程

眾多開關柜生產廠家發展至今已經形成一套成熟的生產流程，其中母線裝配這一環節發生在一次部件裝配完成后，待觸頭盒、互感器、接地開關、傳感器等主要一次部件裝配完成后才能進行母線的裝配，母線是連接這些一次部件的組件。

二、母線的設計

1、影響母線設計因素

母線的設計及制作之所以成為開關柜生產的瓶頸環節是由于其作為一種造價較高的組件在設計過程中要求高準確性，母線在開關柜產品造價中約占10%到30%不等，要求設計及加工精度控制在1mm以內。誤差過大的母線會導致母線與一次部件，母線與母線間的裝配困難，甚至無法裝配；母線搭接部分不穩固會導致導電回路電阻過大，帶來局部升溫過高等對電路運行不穩定的不良影響，嚴重時還會導致重大故障發生。影響母線設計的主要因素有：

第一、開關柜的方案及結構——不同的開關柜方案決定不同的母線連接方式，根據開關柜設計方案設計母線才能實現其功能。同時開關柜的結構也決定不同的母線長度和折彎尺寸，由于結構的不同會導致母線在柜內的相關尺寸變化。

第二、一次部件的安裝尺寸——用戶在選用一次部件時往往會指定不同廠家和不同型號的產品，這些一次部件有不同的安裝尺寸和要求，必須針對每一批合同設計專門與其配套的母線。

第三、母線規格——母線的搭接有嚴格的執行標準，不同規格的母線具有不同的搭接方式和開孔尺寸要求。

2、母線設計流程

第一步、信息采集。母線的設計是根據不同合同下的產品技術要求來實現的，母線的相關信息大體可以從三個渠道獲得：（1）從施工通知中獲取相關信息。（2）從排列圖中獲取相關信息。（3）從開關柜結構技術通知中獲取相關信息。

第二步、母線測量。在開關柜一次部件裝配完畢后進行現場人工測量。

第三步、母線繪制。使用計算機輔助設計系統（如Auto CAD）完成母線繪制。在母線繪制過程中需要保證母線在連接各個一次部件時避讓開關柜柜體任何部位、二次部件及低壓線路、非同相的母線并留有足夠的安全距離。

第四步、圖紙輸出。完成母線設計后還需附注相關工藝要求。最后將電子版圖紙輸出為母線施工圖樣，以安排加工制作，最終完成母線裝配。

三、母線設計流程的改進

以上描述的傳統設計模式適用于小批量、多品種的個性化定制型開關柜產品。但其自身具有一定的缺點：首先，現場人工測量的方法往往會因測量不準確導致圖紙輸入信息存在誤差，導致母線設計出現誤差，最終造成大量母線浪費和高額經濟損失。其次，在完整的開關柜裝配流程中，從柜體拼裝到最終的檢驗完成因合同下開關柜數量及方案不同約耗時三至五天以上，而母線設計加工卻占其中的一至兩天，效率低下。

為提高產品質量，降低生產成本，加快生產效率，縮短交貨周期，實現企業制造水平和管理水平的提高，提高企業的市場核心競爭力，母線設計流程的改進是必須要解決的。

母線設計流程的改進體現在將母線的設計提前至開關柜一次部件裝配之前，并且省略了現場人工測量這一步驟，直接利用計算機輔助設計系統完成母線模擬設計。具體實現過程步驟如下：

1、開關柜框架模塊的建立。根據開關柜設計方案及結構技術通知等文件在計算機中完成開關柜柜體結構零件模塊建立，利用電子版開關柜結構零件圖紙，將其轉化為1:1比例的零件模塊，并建立零部件圖紙庫。

2、一次部件和絕緣件模塊的建立。根據一次部件和絕緣件外形尺寸及安裝尺寸在計算機中完成模塊建立，包括電流互感器、電壓互感器、零序互感器、接地開關、隔離開關等。

3、模擬拼裝。根據不同方案要求將建立完成的柜體零件模塊和一次部件及絕緣件模塊在計算機中完成模擬拼裝，如：架空進線方案、饋線方案等。

4、母線設計。于完成模擬拼裝的開關柜內進行母線的設計，接下來完成柜內母線圖紙繪制。

四、兩種不同設計流程的比較

1、縮短生產周期。傳統模式下母線設計步驟在流程順序上位于開關柜一次部件裝配完畢后。而改進后的母線設計在順序上與開關柜柜體拼裝這一步驟是平行的，母線設計加工提前于一次部件裝配，無須等待一次部件裝配就能進行母線的設計，并且省略了現場測量這一步驟。

2、省略等待時間。母線設計及加工這一步驟需要1至2個工作日，在傳統生產模式中，開關柜完成一次部件裝配后需要等待母線的設計加工才能進行裝配，這段時間內，其余工作基本處于停滯狀態。改進后的母線設計流程解決了這個問題，將母線裝配和一次部件裝配融為一體，同一時間搭配進行。

3、降低生產成本。采用改進的母線設計流程后，縮短生產周期，縮小等待時間，采用計算機模擬設計較人工測量后再設計在準確度方面有很大提升，也減少了母線的浪費。模塊化的零部件模擬拼裝在開關柜實際裝配前就能發現很多裝配中可能遇到的問題。提前解決問題，減少了因設計失誤帶來的母線損失。從實行改進后的母線設計流程一年來的情況統計來看，由于母線設計失誤造成的經濟損失減少了至少5%以上。

五、母線設計流程改進過程中遇到的問題及解決辦法

從提出母線設計流程改進構想到執行這一設計流程這段時間內，遇到不少影響母線設計的問題。一方面問題來自于開關柜柜體零件誤差和裝配誤差，由于柜體零件加工過程中如沖孔、折彎時未按圖紙加工，檢驗人員漏檢，導致錯誤零件進入裝配階段，造成開關柜柜體結構零件與圖紙不符；由于柜體裝配工藝問題，造成柜體結構裝配誤差超差，導致模擬設計的母線無法正常裝配。以上問題在通過加大零件制作檢驗力度和改進裝配工藝都得到了較大程度的解決。另一方面問題則來自于一次部件實際尺寸與圖紙不符，一次部件的外形尺寸及安裝尺寸直接影響母線設計，但是由于實際到貨一次部件相關尺寸與制造廠家在技術協議中附圖的尺寸不同，或用戶臨時變更造成一次部件型號變化都造成了先前設計加工完畢的母線無法裝配，近50%以上母線無法裝配的情況是由于這一方面問題造成的。這需要通過加大入廠檢驗力度和調整母線加工制作的時間節點來應對。

六、結語與展望

母線設計流程的改進對于開關柜生產企業意義重大。通過改進母線的設計流程，企業所關心的產品質量、生產效率及生產成本都得到一定程度上的解決。在未來的工作中我們應該更多的關注母線設計過程中遇到的各種問題，及時找出解決辦法，努力消除開關柜生產流程中的這一瓶頸現象，進一步提高產品質量，加快生產效率，減少生產成本，推動產品的工業化進程，充分響應集團“質量管理提升年”的號召，進而提高企業的市場核心競爭能力。

［1］焦亮.高壓開關柜主母線計算機輔助設計系統的建立及系統集成［J］.電氣傳動自動化，2006，28（2）:56-58.