全連式離相封閉母線的安裝調(diào)試和優(yōu)化設計

張繼宣，魏宏斌

中國機械工業(yè)第四建設工程有限公司，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)電機組，是一種大電流傳輸裝置，其導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構

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

2.1 母線導體支持結構

母線的導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的機組全連式離相封閉的母線導體采用的是三絕緣子支持方式。母體的導線和外殼的均為圓筒的結構，一般都采用三個互成120°的絕緣子支持在母線導體的外殼， 在絕緣子與導體之間主要為彈性支持的，下面的兩個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，以達到控制定位的作用。

2.2 母線的外殼支持結構

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，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構中起著關鍵的作用，而實踐中證明，若是母線外殼，沒有進行槽鋼抱箍時，就開始將母線導體與外殼進行相應的組裝之后，發(fā)現(xiàn)母體的原裝外殼的變形較大，而且導體與外殼之間的偏差有20mm，若對母線外殼用槽鋼抱箍抱緊后再跟我可進行組裝的時候，不但母體的外殼沒變，而且導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

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、標高尺寸檢查

安裝前必須進行母線檢查，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)電機及變壓器的尺寸和標高。以發(fā)電機出線端子、變壓器低壓套管和墻預留孔為基準進行檢查，校對安裝尺寸，修正誤差為±3mm/m，整體不大于±5mm。

確認封閉母線基礎構架、PT柜、中性點柜的基礎及標高、中心線準確無誤后，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)電機出線箱、發(fā)電機中性點箱、PT柜、勵磁變吊裝就位后，調(diào)整出線箱的高度并焊好出線箱的支撐架，然后由發(fā)電機出口開始進行母線的分段吊裝。

外殼采用槽鋼支撐底座。在支持點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)，設置有焊接的不可拆卸伸縮補償裝置，母線導體采用多層薄鋁片做成的伸縮節(jié)與另一端母線導體搭接焊連接，外殼則用外殼抱瓦與兩端外殼搭接焊。母線與設備連接處設置螺接的可拆伸縮補償裝置，母線導體與設備端子導電接觸面皆鍍銀，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，同時起到密封作用。

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

母線導體靠近發(fā)電機、變壓器、電壓互感器柜連接處，設外殼短路板，并裝設可靠的接地裝置。采用一點接地時，每一支吊點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體的焊接以及鋁制外殼的焊接。封閉母線是承擔電力傳輸?shù)闹匾獙щ姴考?，導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)量的電氣和機械性能。同時，離相封閉母線外殼的焊縫還必須達到防雨要求。

焊接之前，應檢查外殼對導體的安全距離，其值應符合相關規(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，方可進行焊接。焊接導體雙抱瓦時，應用耐火石棉布遮住導體焊接區(qū)兩側以防止焊渣飛濺，損傷絕緣子。在導體焊接完后，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，應對封閉母線進行清掃、封閉，并請業(yè)主或監(jiān)理、施工單位等有關部門共同檢查確認。

3）封閉母線的試驗

（1）絕緣電阻試驗

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

（2）耐壓試驗

根據(jù)GB311.1～6標準中的規(guī)定進行母線交流耐壓試驗，現(xiàn)場試驗的工頻耐壓試驗值應符合規(guī)定值的75%，或根據(jù)廠家技術文件要求的試驗電壓值進行現(xiàn)場工頻耐壓試驗。

（3）淋水試驗

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

（4）微正壓系統(tǒng)試驗

對于微正壓充氣的封閉母線，還要進行外殼氣密性試驗。

4 離相封閉母線的優(yōu)化設計

目前在我國國內(nèi)的大容量的機組使用中，全連式的離相封閉母線已經(jīng)得到了普遍的應用，但這些封閉母線都是在參照國外的容量等級來確定母線的結構尺寸的，并通過設計與計算來確定最終的，并沒有考慮到投資的費用和運費的其他費用的指標。因此，需要我們對此進行設計上的優(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，這樣對母線的溫度的發(fā)熱考察是其運行的正常指標，同事也決定了他的結構尺寸所要設計的大小。

全連式的離相封閉母線對于影響母線的溫度升溫的結構的參數(shù)，通過計算來比較總體的費用，并從眾多的方案中來尋求比較經(jīng)濟的指標即總體的費用最優(yōu)的一個方案，然后進行綜合的考核，最終再確定最終的。

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

4.1 優(yōu)化設計計算的主要原始數(shù)據(jù)

母線導體額定電流: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C（元/kW·h）；年最大運行小時數(shù)S1（h）（運行部門提供6000h）；投資回收年限S2（a）（6.67a）；母線材料比重ρ（kg/m3）；母線材料價格P（元/t）。

4.2 經(jīng)濟指標計算

投資費B1=（Fm+Fk）*ρ*P×10-6元/（相*m）；

運行費B2=（Pm+Pk）*S1*C*S2×10-3元/（相*m*a）；

總費用B=B1+B2。

式中:Fm、Fk分別為母線導體、外殼截面積，mm2；

Pm、Pk分別為母線導體、外殼的電能損耗，W/m。

4.3 計算結果

1）通過計算，求得各因子對經(jīng)濟指標的影響程度，即Hk影響最大，依次是DK、Hm、Dm；2）通過經(jīng)濟指標的計算，并對其進行綜合的考慮，對比之后選擇的結構尺寸主要為:Dm=500mm，Hm=12mm，Dk=1050mm，Hk=6mm。

4.4 全連式離相封閉母線的校核計算

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

5 結論

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

[1]火電廠電氣設備啟動調(diào)試.中國電力出版社.

[2]印尼INDRAMAYU3*330MW燃煤電站項目設計資料.

[3]離相封閉母線出廠技術資料.

[4]GB8349-97 離相封閉母線.