吴守银1 李春华1 姚峰2 陆佳2
(1.江苏国信扬州发电有限责任公司 江苏扬州 225131;2.镇江华东电力设备制造厂有限公司 江苏镇江 212000)
摘要: 扬州第二发电有限责任公司一期工程两台机组的备用电系统接线方式为：启备变12A（12B）的10kV侧通过共箱母线和断路器分别送至10kV 1AX/2AX（10kV 1BX/2BX）母线。自从安装投运以来，在运行中多次发生绝缘低故障，严重时，发生母线单相接地或相间短路故障。本次改造用全绝缘浇注母线替代原进口共箱母线。全绝缘浇注母线具有防护等级高,体积小布置方便，检修维护量小，性价比高等优势，可达到改造的预期目标。
关键词:全绝缘浇注母线;母线选型；支撑设计；原母线防护;安装与试验
1 引言
扬州第二发电有限责任公司一期工程两台机组的备用电系统接线方式为：启备变12A（12B）的10kV侧通过共箱母线和断路器分别送至10kV 1AX/2AX（10kV 1BX/2BX）母线。原共箱封闭母线是由美国TECHNIBUS公司制造。共截面图为：
每相有两根导体，每根导体为铜质导体，其截面尺寸为152.4mm×15.88mm。铝合金箱体，支撑绝缘子是FIBERGLASS（玻璃纤维）。该共箱封闭母线含电加热器、背面有通风孔。
自从安装投运以来，在运行中多次发生绝缘低故障，严重时，发生母线单相接地或相间短路故障。励磁系统对提高发电厂的自动化水平、发电机组运行的可靠性、电力系统的稳定性有着重要的作用。
为改善启备变母线易受潮以及绝缘低等现象,传统方法在封闭母线箱内增加除湿装置、以及增加热缩套管等方案均不能从根本上杜绝母线在冷热交替空气中的凝露现象。
全绝缘型浇注母线绝缘层采用复合绝缘材料浇注而成,具有优越的电气绝缘性能和良好安全的可靠性,成品防护等级可达到IP68，投运后不受环境因素影响。本文从全绝缘浇注母线的选型以及改造的重点部位的设计等方面阐述，论证浇注母线在本次改造应用中理想可靠。
2母线选型
注：原共箱母线额定电流：3000A
表2-1
2.1全绝缘浇注母线热平衡计算
全绝缘浇注母线在运行时，母线导体载流时由于电阻存在而产生热量，该热量通过热传导的形式传递给包覆在母线导体外表面的绝缘层，最终通过绝缘层外表面以对流及辐射换热的形式传递给周围环境，在热平衡的情况下，母线导体的损耗等于母线外表面对流及辐射热量之和。
绝缘体内外温差
经程序计算，结果如下：
母线导体温度及温升：63.5 ℃/23.5 K
满足母线安全运行要求。
2.2短路电动力母线强度校核
浇注母线正常运行时，由工作电流引起的导体间相互作用力较小，但在发生短路故障时，短路冲击电流将产生较大的电动力，必须保证发生短路时母线免于电动力破坏。发生三相短路时产生电动力要大于两相短路，且中间相短路电动力大于边相短路电动力，故设计时仅需按最大短路电动力进行计算。根据浇注母线结构形式，将其简化为多跨简支梁支撑结构进行强度校核。
2.2.1短路电动力
2.2.2 强度校核
满足母线安全运行要求。
2.3全绝缘浇注母线热稳定校核
由于发生短路的时间很短，一般不超过几秒钟，短路电流引起导体发热不考虑传导给绝缘材料，即假设导体是绝热状态，短路电流在导体中产生的热量完全用来使导体温度升高。
导体短路时温度计算
本工程经程序计算，结果如下：
导体温度及温升：107.6℃/ 44.1K
浇注母线铜排短路允许温度及温升：300 ℃/ 210 K
计算结果显示该规格全绝缘浇注母线完全能够满足工程参数及安全运行要求。
3新增支撑钢架设计
由于备变系统不能长期停电，调停时间较短，常规改造模式很难满足现场实际需求，所以改造方案采用不停机改造、分步实施的改造模式。因此，需要先在原钢梁上方焊接新的母线所需的支撑钢结构。而本项目现场钢结构使用年限已久，需对钢结构进行分析并且针对受力较集中处进行加强处理。
3.1 结构分析
在浇注母线6种典型支撑结构中选取受力条件最差（原钢架四层母线布置，见下图）的结构形式进行分析。分析工况为支撑结构同时支撑共箱母线和浇注母线工况，共8条母线回路（包含10kV、3.15kV）。
分析方法：有限元模拟分析
结构模型：根据实际图纸尺寸和型材规格进行建模
单元类型：Beam梁单元
载荷类型：8条母线重量+钢架重量
约束类型：固定约束
支撑结构应力分布图(47Mpa)：
根据分析结构显示，最大变形为3mm，最大应力为47Mpa，根据GB50017《钢结构设计规范》许用条件要求，现有钢结构可承受40KN/m均布载荷，完全满足工况需求。
3.2 支撑加固
在原有立柱支撑基础上布置型钢支撑浇注母线。制造厂工厂制作钢架，现场焊接。
在高垂直段利用靠近墙立柱，及靠墙梁制作龙门支架，并通过连杆焊接至原母线三角支架处，增强龙门架的稳定性。高垂直段母线在车间预留好吊耳，通过龙门架再设计母线支撑。
在厂房上立柱设计通常型钢，并对原立柱进行加强，并设置斜撑增加稳定性。
4带电母线的防护设计
本项目施工时原母线将继续带电运行，考虑到带电设备的安全运行以及施工人员的人身安全，应对原母线进行如下防护：
1.在运行母线的上方临近的脚手架上平铺一层脚踏板，脚踏板长度大于钢架的宽度。可防止施工过程中杂物坠落损坏母线外壳从而造成安全隐患。
2.在脚踏板上铺设一层防火油布。避免焊接钢结构时的火星溅到母线表面引发火情。
脚踏板铺设时，纵向水平钢管置于横向水平钢管之上，纵向水平管的间距应不大于400mm，脚踏板平铺于纵向水平杆之上(如下图所示)，脚手板的宽度应超出两侧纵向水平杆40～60mm。
1.脚踏板应满铺、铺稳，铁丝绑扎牢固。
2.脚踏板应按其主竹筋垂直于纵向水平杆方向铺设。
3.脚手板应采用平铺相接，接头处脚手板端部宜设横向水平杆。
4.竹笆脚手板四边应采用铁丝与水平杆绑扎牢固，绑扎点距离不大于500mm。绑扎脚踏板与水平杆的铁丝接头应朝外向下。
5接口设计
浇注母线与变压器和开关柜设备采用密封端口箱连接，箱体侧面开设检修口，便于接口检修和维护。箱体与设备间设置橡胶伸缩套，导体间采用铜编织线软连接，主要用于减震和安装误差调节。浇注母线盘头通过扩大相间距和波形结构，增加空气安全距离和爬电距离，提高设备运行安全性。同时由于外壳都是刚性连接，波形结构能够增加缓冲，防止盘头设备受力而断裂。
6运行情况
扬州第二发电有限责任公司一期两台机组的备用电系统先后完成了12B、12A的10KV侧共箱母线的改造，12B回路于2018年1月底投入运行，12A回路于2018年2月初投入运行，经历了梅季、台风、高温（40℃）、低温（-13℃）、冰雪等不利环境条件，母线运行可靠。每次母线系统停电后的绝缘电阻值及耐压试验结果都符合技术要求。
7结论
从上面的分析可以看出，全绝缘浇注母线在扬州二电厂备用电源改造工程中的应用是理想可靠的，配套技术全面，施工方案完整。全绝缘浇注母线有优良的绝缘性能，散热性能好，防腐防潮，占用空间小，便于布置安装，可以有效解决原共箱母线结露、绝缘性能降低的问题。
浇注母线免维护的特性，大大降低了后期消耗及维护成本，保证设备安全可靠运行，保障系统安全稳定。全绝缘浇注母线在发电厂中压系统及其他金属封闭母线改造中都将得到更加广泛的运用。
参考文献:
[1] NB/T 25076-2017 压水堆核电厂常规岛用全绝缘中压浇注母线技术要求[S]
[2] DL/T 5153-2002火力发电厂厂用电设计技术规定[S]
[3] GB/T 8349-2000金属封闭母线[S]
[4]王新.全浇注母线在6KV厂用电系统中应用[J].电力建设，2009，30（7）:76-78.
[5]曹霆 徐国祥.电厂全绝缘浇注励磁母线选型分析[J].电气技术，2018，08期.
作者简介：
吴守银（1964～），男，江苏建湖人，大学本科，高级工程师，从事电力设备检修和管理。
李春华（1970～），男，江苏泰兴人，大学本科，工程师，从事电力设备检修和管理。
姚峰（1981.11~），男，江苏徐州人，硕士研究生，工程师，副总经理、总工程师。陆佳（1990～），男，江苏泰兴人，大学本科，助理工程师，从事电力工程设计。
论文作者:吴守银1,李春华1,姚峰2,陆佳2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/17
标签：母线论文; 导体论文; 脚踏板论文; 结构论文; 扬州论文; 水平论文; 钢架论文; 《电力设备》2018年第32期论文;