適用于航天發(fā)射場的抗震型快速檢修配電柜研究與應(yīng)用

北京特種工程設(shè)計(jì)研究院 劉惠文 李龍剛 李志鵬

航天發(fā)射場火箭塔架下方和場坪附近均設(shè)有配電室，為塔架和附近設(shè)施設(shè)備供電。每次發(fā)射任務(wù)前，相關(guān)崗位人員都會對低壓配電柜內(nèi)電纜接頭、二次線接頭進(jìn)行牢固性測試，溫升測量等。斷路器進(jìn)行性能檢測、溫升檢測、導(dǎo)通性測試等，測試合格后方能進(jìn)行下一步任務(wù)。由于每年火箭發(fā)射任務(wù)較多，配電柜檢修維護(hù)的工作量也較大，而且在任務(wù)過程中，一旦發(fā)生斷電事故需盡快確認(rèn)事故原因，迅速排除故障恢復(fù)供電，盡量縮短停電時(shí)間，把對任務(wù)流程的影響降到最低。一旦停電時(shí)間較長會造成火箭測試流程中斷，發(fā)射任務(wù)推遲。

1 現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)

目前市場上較為常用的是分隔式低壓配電柜，因其電氣連接性能較好、造價(jià)相對低廉而得到廣泛應(yīng)用，柜內(nèi)六面體空間主要包括水平母線區(qū)、垂直母線區(qū)和電器區(qū)。母線系統(tǒng)是低壓配電柜的重要組成部分，它決定了低壓配電柜的電氣參數(shù)、進(jìn)出線的方式、連接方式和柜體溫升。

分隔式低壓配電柜水平母線安裝在柜頂部中間或偏后位置，L1相、L2相、L3相、N 線水平母線自后至前排列；L1相、L2相、L3相垂直母線安裝在柜后部中間位置并自左至右排列，N 線垂直母線安裝在柜后部右側(cè)；L1相、L2相、L3相垂直母線與電器區(qū)的斷路器連接，電器區(qū)斷路器通常采用板后接線方式；出線接線端子件在柜后部兩側(cè)布設(shè)，即采用柜后部兩側(cè)出線方式。

這種情況下，水平母線、垂直母線和出線接線端子件等主要發(fā)熱器件都集中在柜后部空間內(nèi)，特別是水平母線和垂直母線集中在柜后部中間位置，不利于熱量的散發(fā)。當(dāng)垂直母線自左至右排列在柜后部中間位置時(shí)，需增加相應(yīng)的支持件。打開后門，工作人員與斷路器各進(jìn)出線接點(diǎn)間不能有效通視，即設(shè)備運(yùn)行過程中不能通過紅外測溫儀等非接觸測量設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測接點(diǎn)溫度；另外，由于垂直母線及其支持件的阻擋，操作空間較為狹小，使得斷路器、互感器、出線接線端子件等設(shè)備的安裝、連接、更換和維修都較為困難，在一定程度上影響設(shè)備安裝和連接的可靠性和安全性，并降低了設(shè)備的可維修性。

2 改進(jìn)方案

根據(jù)發(fā)射場崗位技術(shù)人員多年的操作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，對配電柜內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，重新布局，以方便檢修維護(hù)，它包括有固定分隔式低壓配電柜柜體、水平母線、垂直母線和出線接線端子件，所述的水平母線布設(shè)在柜頂部靠近所述柜體前面板一側(cè)的一獨(dú)立隔室內(nèi)，各相母線前后布設(shè)，垂直母線和出線接線端子件布設(shè)在所述柜體后部獨(dú)立隔室內(nèi)兩側(cè)壁上，其中垂直母線中的L1相、L2相、L3相布設(shè)在所述柜體的一側(cè)且與所述柜體側(cè)板平行安裝，垂直母線中的零線和所述的出線接線端子件布設(shè)在所述柜體的另一側(cè)，零線與所述柜體側(cè)板平行安裝；出線接線端子件的轉(zhuǎn)接銅排則是與柜體側(cè)板彼此相互垂直的，且與柜體頂板彼此成水平的關(guān)系布設(shè)。

3 具體布置

改進(jìn)后的配電柜內(nèi)部具體布置如圖1、2、3所示，固定分隔式低壓配電柜柜體14包括有水平母線區(qū)4、垂直母線區(qū)1、前面板3和電器區(qū)2，水平母線5、6、7、8布設(shè)在柜體14頂部靠近柜體前面板3一側(cè)的一獨(dú)立隔室水平母線區(qū)4內(nèi)，L1相水平母線5、L2相水平母線6、L3相水平母線7、N 線水平母線8布設(shè)在水平母線區(qū)4獨(dú)立隔室內(nèi)；L1相、L2相、L3相、N 線水平母線5、6、7、8自后至前垂直布設(shè)。垂直母線9、10、11、12和出線接線端子件13布設(shè)在柜體14后部獨(dú)立隔室1內(nèi)兩側(cè)壁上，其中L1相垂直母線9、L2相垂直母線10和L3相垂直母線11布設(shè)在柜體14后部垂直母線區(qū)1獨(dú)立隔室左側(cè)壁，N 線垂直母線12和出線接線端子件13布設(shè)在柜體14后部垂直母線區(qū)1的獨(dú)立隔室右側(cè)壁；垂直母線9、10、11與柜體14左側(cè)壁板平行安裝，垂直母線12與柜體14右側(cè)壁板平行安裝；出線接線端子件13的轉(zhuǎn)接銅排彼此水平布設(shè)，且是與柜體14右側(cè)壁板彼此相互垂直。電器元件布設(shè)在柜體前部電器區(qū)2獨(dú)立隔室內(nèi)。

同時(shí)柜內(nèi)元器件取消了插接裝置，均采用螺栓壓接的方式，柜體結(jié)構(gòu)整體加強(qiáng)，安裝配電柜時(shí)底部增加減震膠墊，增強(qiáng)了柜體的抗震性能，降低了火箭發(fā)射時(shí)震動帶來的影響。

圖1 配電柜正面設(shè)備布置圖

圖3 配電柜內(nèi)母線布置圖

4 應(yīng)用效果

由于采用了上述技術(shù)方案，水平母線和垂直母線不在同一個垂直空間內(nèi)布設(shè)，散熱效果好；垂直母線獨(dú)立隔室中部無任何電氣設(shè)備和構(gòu)件，有效擴(kuò)大了操作空間，便于柜內(nèi)設(shè)備的安裝、連接、維修和更換，提高了設(shè)備安裝和連接的可靠性、安全性以及元器件的可維修性；柜后部獨(dú)立隔室內(nèi)電氣設(shè)備通視好，便于電氣接點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測；垂直母線直接用絕緣子固定在柜側(cè)結(jié)構(gòu)件上，有效減少了支持件，柜內(nèi)結(jié)構(gòu)更為簡單，簡化了生產(chǎn)工藝,順利通過國家相關(guān)型式試驗(yàn)，滿足國家相關(guān)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范要求。任務(wù)期間均可以快速檢修維護(hù)、排除故障，目前已在發(fā)射場廣泛應(yīng)用。