全连式离相封闭母线的安装调试和优化设计

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摘要 本文首先介绍了全连式离相封闭母线的结构特点，然后结合笔者实践，较为详尽的分析了该母线在现场的安装和试验方法，最后论述了采用正交法对离相封闭母线进行的优化设计。

关键词 全连式离相封闭母线；支持结构；安装；试验；正交法；优化设计

中图分类号TM6 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）69-0146-02

1 概述

电力系统中的封闭母线主要有离相封闭母线、共箱封闭母线和电缆母线等，广泛用于发电厂、变电所、工业和民用电源的引线，承担着输送大电流的作用。全连式离相封闭母线通常用于200mW及其以上发电机组，是一种大电流传输装置，其导体和外壳均采用铝板卷制焊接而成。

2 全连式离相封闭母线的结构

全连式离相封闭母线的用途主要是用于发电厂的发电机跟变压器之间的线路连接，而且，为了便于之间的运输，主要是在工程内就事先制造好若干段，并在现场进行组装和焊接。

2.1 母线导体支持结构

母线的导体支持方式目前主要是采用较多的是三绝缘支持的方式。300mW的机组全连式离相封闭的母线导体采用的是三绝缘子支持方式。母体的导线和外壳的均为圆筒的结构，一般都采用三个互成120°的绝缘子支持在母线导体的外壳， 在绝缘子与导体之间主要为弹性支持的，下面的两个绝缘子的支持金具与绝缘子之间一般都是没有间隙的，在承受的母线的导体重力，而在上面的绝缘子的支持金具与绝缘子之间有10mm的间隙，以达到控制定位的作用。

2.2 母线的外壳支持结构

全连式的离相封闭母线的外壳一般都采用的是槽钢抱箍抱紧的技术，而抱箍通过的铰链或跟底座的连接，最后再固定在支持横梁上面，这样抱箍一般在支持横梁结构中起着关键的作用，而实践中证明，若是母线外壳，没有进行槽钢抱箍时，就开始将母线导体与外壳进行相应的组装之后，发现母体的原装外壳的变形较大，而且导体与外壳之间的偏差有20mm，若对母线外壳用槽钢抱箍抱紧后再跟我可进行组装的时候，不但母体的外壳没变，而且导体与外壳之间的同心度也在线路的要求范围之内。

3 全连式离相封闭母线的安装与试验

下面以我公司承建的印尼INDRAMAYU3*330mW燃煤电站为例。论述一下全连式离相封闭母线安装试验的工艺。

1）离相封闭母线布置

2）离相封闭母线的安装

（1）母线、标高尺寸检查

安装前必须进行母线检查，目测支持绝缘子是否有损坏、破裂现象，母线是否有外壳变形、擦划伤、母线导体是否移位等现象。

在开始安装前，检查土建工程，发电机及变压器的尺寸和标高。以发电机出线端子、变压器低压套管和墙预留孔为基准进行检查，校对安装尺寸，修正误差为±3mm/m，整体不大于±5mm。

确认封闭母线基础构架、PT柜、中性点柜的基础及标高、中心线准确无误后，作出母线B相中心线并弹上墨线，由地面反馈到母线支撑架上，确保B相套管中心线与PT柜B相套管中心线，封闭母线B相中心线在一条直线上，左右误差不超过±5mm。

（2）封闭母线的安装

安装原则为先户内后户外，户内为先里后外，即按照母线总装配图，先将发电机出线箱、发电机中性点箱、PT柜、励磁变吊装就位后，调整出线箱的高度并焊好出线箱的支撑架，然后由发电机出口开始进行母线的分段吊装。

外壳采用槽钢支撑底座。在支持点处先用槽钢抱箍将外壳抱紧，抱箍通过轴与底座连接，底座焊接于固定支撑钢梁上，钢横梁则安装于预埋件钢架上。各段母线间或各段外壳间采用双半圆抱瓦搭接焊接。封闭母线在一定长度范围内，设置有焊接的不可拆卸伸缩补偿装置，母线导体采用多层薄铝片做成的伸缩节与另一端母线导体搭接焊连接，外壳则用外壳抱瓦与两端外壳搭接焊。母线与设备连接处设置螺接的可拆伸缩补偿装置，母线导体与设备端子导电接触面皆镀银，用带接头的铜编织线作为伸缩连接件，外壳用橡胶伸缩套连接，同时起到密封作用。

母线导体连接接头或其它容易发热部位,一般装设有测温装置（如温度计），外壳上相应位置附近或其它容易过热部位则埋设铂热电阻，其温度讯号可引入集控室进行温度检测。

母线导体靠近发电机、变压器、电压互感器柜连接处，设外壳短路板，并装设可靠的接地装置。采用一点接地时，每一支吊点底座与钢梁必须加装绝缘层。

（3）封闭母线的焊接

母线的焊接主要是离相母线的铝导体的焊接以及铝制外壳的焊接。封闭母线是承担电力传输的重要导电部件，导体间的连接必须牢固紧密，接触良好，所以封闭母线焊缝的焊接必须要能够保证高质量的电气和机械性能。同时，离相封闭母线外壳的焊缝还必须达到防雨要求。

焊接之前，应检查外壳对导体的安全距离，其值应符合相关规定。焊接前，焊接区表面用砂纸或钢丝刷，刷除漆层、氧化层，并用酒精或其它清洗剂（不含油剂）擦净，方可进行焊接。焊接导体双抱瓦时，应用耐火石棉布遮住导体焊接区两侧以防止焊渣飞溅，损伤绝缘子。在导体焊接完后，用钢丝刷刷去氧化膜，如有尖角需磨去，并涂上相应的无光黑漆，检查焊口附近是否有剩余杂物及工具等遗留物。检查完毕后方可进行母线外壳的焊接。离相封闭母线在焊接、清扫完毕后，需要进行表面油漆处理，目的是为了改善其辐射散热的性能。

（4）封闭母线的检查

母线焊接完毕后，应对封闭母线进行清扫、封闭，并请业主或监理、施工单位等有关部门共同检查确认。

3）封闭母线的试验

（1）绝缘电阻试验

用2 500V兆欧表进行相间和相对地绝缘电阻检查，母线整体测试值不低于100兆欧。

（2）耐压试验

根据GB311.1~6标准中的规定进行母线交流耐压试验，现场试验的工频耐压试验值应符合规定值的75%，或根据厂家技术文件要求的试验电压值进行现场工频耐压试验。

（3）淋水试验

根据GB8349-87《离相封闭母线》第6.3.3条要求对户外部分的封闭母线的外壳要进行淋水试验。

（4）微正压系统试验

对于微正压充气的封闭母线，还要进行外壳气密性试验。

4 离相封闭母线的优化设计

目前在我国国内的大容量的机组使用中，全连式的离相封闭母线已经得到了普遍的应用，但这些封闭母线都是在参照国外的容量等级来确定母线的结构尺寸的，并通过设计与计算来确定最终的，并没有考虑到投资的费用和运费的其他费用的指标。因此，需要我们对此进行设计上的优化，资金上的调控，主要采用的是正交优化法。

封闭母线主要的功能是传输大量的电能，一般电流量较大，而且电线升温较快，这样对母线的温度的发热考察是其运行的正常指标，同事也决定了他的结构尺寸所要设计的大小。

全连式的离相封闭母线对于影响母线的温度升温的结构的参数，通过计算来比较总体的费用，并从众多的方案中来寻求比较经济的指标即总体的费用最优的一个方案，然后进行综合的考核，最终再确定最终的。

在正交优化的设计中，影响经济的指标因素不同，也就有不同的因子，每个不同的因子的值称为水平。而其在正交优化的设计中，最重要的影响因素主要是母线导体的直径、厚度以及母线外壳的尺度，每个因子我们取五个水平，那么在整体的因子进行组合就会有625个不同的方案来进行选定，但利用正交法的话主要在25个方案中进行对比就可以选出一个最经济的方案来。

4.1 优化设计计算的主要原始数据

母线导体额定电流：Im=12500A；

母线外壳额定电流：Ik≈12500A；

最高环境温度：T0=40℃；

母线导体允许温度：Tm≤90℃；

母线外壳允许温度：Tk≤70℃；

相间距离：S=1400mm。

此外还需知道以下数据：电费C（元/kW·h）；年最大运行小时数S1（h）（运行部门提供6 000h）；投资回收年限S2（a）（6.67a）；母线材料比重ρ（kg/m3）；母线材料价格P（元/t）。

4.2 经济指标计算

投资费B1=（Fm+Fk）*ρ*P×10-6元/（相*m）；

运行费B2=（Pm+Pk）*S1*C*S2×10-3元/（相*m*a）；

总费用B=B1+B2。

式中：Fm、Fk分别为母线导体、外壳截面积，mm2；

Pm、Pk分别为母线导体、外壳的电能损耗，W/m。

4.3 计算结果

1）通过计算，求得各因子对经济指标的影响程度，即Hk影响最大，依次是DK、Hm、Dm；2）通过经济指标的计算，并对其进行综合的考虑，对比之后选择的结构尺寸主要为：Dm=500mm，Hm=12mm，Dk=1050mm，Hk=6mm。

4.4 全连式离相封闭母线的校核计算

通过优化的设计来进行计算，初步寻定的全连式离相封闭母线的尺寸以及热、电力等进行综合的计算，即可确定最终的方案。在参与核对的结果中计算的主要内容是：1）母线的热平衡计算；2）母线导体及外壳的热稳定性计算；3）母线导体及外壳的电动力计算；4）母线导体及外壳的固有振动频率计算；5）母线导体及外壳的应力计算及强度和稳定性校核。

5 结论

通过以上论述可以得知，在我国200mW及其以上发电机组中，全连式离相封闭母线技术已经相对成熟，在确定母线的外形结构尺寸时，首先根据机组参数，采用正交法进行优化设计，从整体上再进行热、电力等各方面的计算，进行综合的计算核对，从最终的结构中选出最优的方案。

参考文献

[1]火电厂电气设备启动调试.中国电力出版社.

[2]印尼INDRAMAYU3*330MW燃煤电站项目设计资料.

[3]离相封闭母线出厂技术资料.

[4]GB8349-97 离相封闭母线.