淺析電氣工程公共直流母線橋的轉化設計

李磊+王孝勇

摘 要：傳統的母線橋只能對遠距離供電需求進行滿足，無論是在設計方面還是在施工方面都存在設計較為復雜的問題，將其用于短距離供電會涉及到成本較高的缺陷。半導體功率器件呈現出發展較為迅速的趨勢，在此種環境與背景之下多電動機傳動變頻調速的應用越來越廣泛，這不僅對電氣工程自身建設與發展有積極意義，同時對我國社會與經濟發展有極大的促進作用。

關鍵詞：直流母線；母線橋；設計

為實現對電氣工程公共直流母線橋轉化設計的有效分析，我們對某工程實例進行結合。1800mm爐卷軋機電氣工程是該公司于2007年新建的一個項目，該項目的電機容量在1000KV之下，其交流異變方案以及變頻器是主要是由IGBT器件構成。西門子公司設計的矢量控制功能的6SE70系列通用變頻器是其交流輔傳動系統的進行控制時所采用的主要系統，其母線供電方式主要是交流輸入以及交流輸出。該公司于2010年對廠房進行改造，其中電氣式布置也需要全部進行重新設計，對于原有的自動化設備也需要對其進行轉化設計。

一、系統特點

為在真正意義上對生產要求的節能環保以及高性能要求進行滿足，必須在系統集中采流以及公共直流母線中采用逆變以及電動機傳動技術。在實際工作中我們也會遇到多臺相同電動機同時調速的情況，尤其是針對電壓相同狀況，我們必須結合實際情況實現對公共直流母線供電方式的科學應用，向直流母線供電的主要是一臺整流單元，直流母線會逐漸實現向多臺直流變電器的轉變。在這種多電動機傳動變頻調速系統中實現對公共直流母線的科學運用，不僅可實現對整單元負載能力的充分利用，同時可實現對生產工藝要求的有效滿足，實現對投資成本的有效降低。但我們必須注意的是對公共直流母線柜柜列長度的控制。廠房內會受到一定的空間控制，因此在其長度超過規定要求時就必須對其進行分段布置。雙排背靠背以及面對面是其主要布置方式，單排布置也存在于上述情況中。電流較大是公共直流母線的顯著特征，一般情況下都會超過2000A，電纜連接方式不適合在柜列之間進行使用。因此我們必須結合實際情況利用母線對其進行連接，這不僅可在一定程度上實現成本以及原材料的有效節約，同時也是在根本上保證電流傳輸效率不會受到外界的影響。

目前，中國的能源蘊藏量位居世界前列，但是，人均能源占有量和消費量遠低于世界平均水平。中國由電氣系統故障引起的故障率與先進工業國家相比較高，因此，在電氣設計時要嚴格執行有關設計標準和規范，從設計源頭上采取有效措施，嚴防電氣危害事故的發生。本文論述的電動機傳動變頻調速系統的公共直流母線橋的設計，與傳統電纜線路及橋架相比較，母排的采購成本、制造所消耗的原材料、使用長度、安裝人工成本等均低于電纜。因此，母線橋的設計可以大大節約能源，減少能源浪費和對環境的污染，可以有效提高電氣連接的安全性和可靠性，在一定程度上減少了電氣事故的發生。本文針對冶金行業，根據現場環境采用一種合理的測量方法，提出一種防護等級高、可靠性好的封閉式母線橋的設計方法。

二、公共直流母線橋設計及安裝

現場測量前，應先查詢改造前柜體外型尺寸及母線設計方案，再根據廠房改造后的最新柜體排列布置圖，設計母線的連接方式。根據母線設計方案，標記出設計所需要的數據及可能存在誤差的數據。

測量方法對測量工作十分重要，它關系到后期的設計和安裝任務是否能順利完成。在實際測量時，盡可能多測量一些數據，尤其是一些關鍵尺寸，可以用不同方式進行多次測量和多點測量，保證數據的準確性。測量時一定要在現場找好合適的基準面，測量中所有的絕對尺寸都必須相對于同一個基準面，同時應仔細觀察現場的環境，查看母線橋路徑是否會和別的設備或裝置產生干涉。

本文以東方特鋼項目為例說明，項目涉及改造的直流母線輸入電壓U為690V，電流I為1800A，根據GB/T3797-2005可知，660

在母線橋的設計過程中，應綜合考慮各項誤差，包括測量誤差、安裝誤差及隨機誤差，保證母線橋可以順利安裝。母線橋要有一定的機械強度，用料應節省空間，盡量減少現場安裝的工作量，外形應美觀、大方，與原有柜體保持一致。

現場安裝階段，先準備好安裝工具，將物料分類整理好，按照安裝規范進行安裝工作，具體操作流程和內容如下：（1）將兩側柜體原有母線室的側板和吊環拆掉；（2）在安裝吊環的位置安裝角鋼；（3）分別安裝柜間公共直流母線連接母排；（4）將絕緣母線夾具安裝在母線罩上；（5）將母線罩和柜體原有母線室以及角鋼固定在一起；（6）將多個母線罩通過連接板固定在一起。

本文巧妙地利用柜體本身的結構做主體支撐，把角鋼安裝在柜列之間的頂部，將母線橋固定在角鋼上，即側掛于柜體頂部外側，與柜體頂部的公共直流母線室形成一個整體。以雙排面對面布置為例，柜體與柜體之間的間距3000mm，柜體深度800mm，母線罩設計成5個，母排（直流母線）分為兩段，設計成“┕━━”，用搭接母排將兩段母排連接起來，與柜內母排直接連接。由于兩個柜列之間距離較長，故在中間設計了用于固定的吊孔。

三、結束語

本文設計的公共直流母線橋體積小，安裝方便，制造成本低，外形美觀。已經在東方特鋼1800mm爐卷軋機電氣工程順利應用，自應用以來，系統運行穩定可靠。通過在東方特鋼的成功應用，為以后的設計和推廣奠定了基礎，整條公共直流母線回路可以根據現場情況以更合理、更靈活的形式進行柜體排列設計此設計制造均可由成套設備生產廠家完成，作為整套設備的一部分，在現場一起完成安裝。

參考文獻：

[1] 邱書明，郭清臣，齊懷軒，等.一種大功率公共直流母線功率變換器的設計與應用[J].電氣傳動，2012，42（7）：29-33.

[2] 周亮.多油井變頻公共直流母線群控系統設計與開發[D].山東大學，2014.