山東電力工程咨詢院有限公司 陳文剛

隨著電力工業(yè)和電氣工程的不斷發(fā)展，高效、穩(wěn)定和安全的電氣傳輸方式變得至關(guān)重要。其中，封閉母線因其獨(dú)特的性能優(yōu)勢和應(yīng)用廣泛性受到了廣大工程師和研究者的關(guān)注。然而，封閉母線的設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)卻存在不少技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是其安裝技術(shù)。針對這一現(xiàn)實(shí)需求，本文旨在深入探討封閉母線的安裝技術(shù)，提供實(shí)際工程應(yīng)用的技術(shù)指導(dǎo)。

1 封閉母線技術(shù)基礎(chǔ)

1.1 定義與分類

封閉母線是電氣工程中用于高效、安全地傳輸電能的先進(jìn)設(shè)備，其特點(diǎn)是在一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)中傳輸電流，以確保安全、高效和可靠的電能傳輸。按結(jié)構(gòu)和隔離方式，封閉母線主要分為三類，如圖1所示。

圖1 封閉母線的分類

第一，三相封閉母線。在這種結(jié)構(gòu)中，三相導(dǎo)體共用一個(gè)金屬外殼，彼此之間并沒有隔離，使設(shè)計(jì)更為緊湊。

第二，隔相封閉母線?；谌喾忾]母線的設(shè)計(jì)，但在相鄰的相之間增加了隔板，從而實(shí)現(xiàn)了各相的隔離，以提供更好的安全性。

第三，離相封閉母線。這是一種設(shè)計(jì)，其中每一相都有自己獨(dú)立的外殼，并且這些外殼是完全分離的[1]。

1.2 主要組成部分與工作原理

封閉母線是電氣傳輸?shù)年P(guān)鍵組件，利用其結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)確保電力的安全與高效傳輸。如圖2所示，這一系統(tǒng)主要由母線直線段、母線連接件、三路與單路插接箱和母線末端蓋構(gòu)成。母線直線段，通常由高導(dǎo)電性的銅或鋁制成并有絕緣材料外包，是傳輸電力的核心，確保電力在設(shè)定的路徑內(nèi)流動(dòng)并防止電流外泄。而母線連接件則為電力布局提供了靈活性，其特殊的設(shè)計(jì)確保了連接點(diǎn)的安全。三路與單路插接箱允許電源和負(fù)載迅速地連接到封閉母線，提高維修或更改電路配置時(shí)的便利性。母線末端蓋為整個(gè)系統(tǒng)提供完整性和保護(hù)，確保電流不從未封閉的端口外泄。

圖2 封閉母線的主要組成

2 封閉母線的安裝技術(shù)

2.1 安裝設(shè)備與工具的準(zhǔn)備

封閉母線的安裝是一個(gè)技術(shù)密集的過程，確保正確和安全地安裝需要一系列特定的設(shè)備和工具，具體見表1。

表1 封閉母線的安裝設(shè)備與工具

根據(jù)表1，鉆孔機(jī)DZM-300主要用于母線的固定孔位鉆孔，其主要特點(diǎn)是具有220V 的工作電壓、300W 的功率和1500rpm 的高轉(zhuǎn)速，能夠確保鉆孔的精確和高效。扭矩扳手TWQ-50在連接母線和其他組件時(shí)起到關(guān)鍵作用，能夠確保施加的扭矩在50Nm 范圍內(nèi)并具有±3%的精確度。絕緣電阻測試儀IRQ-10k 用于檢測母線的絕緣性能，其能夠在0～10kΩ 范圍內(nèi)和500V 的電壓下進(jìn)行測試。液壓沖孔機(jī)HPM-1500主要用于大型孔的打孔，具有15T 的最大沖孔力和50mm 的最大孔徑。高壓絕緣手套HVG-10k 為工作人員提供在最高10kV 電壓下的保護(hù)，確保其安全。電纜剝皮刀CPK-05主要用于電纜的準(zhǔn)備，可以處理0.5～5mm2的電纜。最后，母線接頭扳手BJW-200用于緊固母線接頭的螺栓，適用于M8～M20的螺栓尺寸。

在封閉母線的安裝過程中，安全始終是首要考慮的因素。安全準(zhǔn)備首先涉及對施工現(xiàn)場的全面評(píng)估，確保工作區(qū)域干燥、無導(dǎo)電塵埃、無其他電氣安全隱患。工作人員必須接受專業(yè)的安全培訓(xùn)，確保熟悉各種可能的危險(xiǎn)和應(yīng)急措施。所有工具和設(shè)備在使用前都應(yīng)經(jīng)過徹底地檢查，確保處于良好工作狀態(tài)并不會(huì)導(dǎo)致意外。此外，工作人員應(yīng)始終佩戴合適的個(gè)人防護(hù)裝備，如絕緣手套、安全鞋和頭盔。在進(jìn)行任何高壓或電氣工作前，電源應(yīng)被切斷，并使用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備驗(yàn)證電源已完全斷開。另外，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)監(jiān)督現(xiàn)場，確保所有安全程序都得到遵循，隨時(shí)應(yīng)對突發(fā)情況[2]。通過這些深入的安全準(zhǔn)備措施，可以大大降低在封閉母線安裝過程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)，確保工作人員和設(shè)備的安全。

2.2 安裝步驟與方法

2.2.1 布線與布局

封閉母線在電氣系統(tǒng)中的重要性不言而喻，布線與布局關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全性和效率。為確保電流走最優(yōu)路徑與最小的電阻損失，母線應(yīng)直接且短，選用如銅或鋁這樣的高導(dǎo)電率材料，并明確每段的起始與終點(diǎn)，特別是在交叉或轉(zhuǎn)彎處要特殊處理以防過熱或電弧?？紤]電磁干擾和熱效應(yīng)，其與大電流設(shè)備的布局應(yīng)保持安全距離，并確保斷路器和隔離開關(guān)位置便于快速操作[3]。同時(shí)，結(jié)合專用支撐和固定件，確保其穩(wěn)固且能對抗短路帶來的電磁力。最后，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留空間與接口以適應(yīng)未來的系統(tǒng)升級(jí)和維護(hù)，以實(shí)現(xiàn)長期而高效地運(yùn)作。

2.2.2 連接與固定

封閉母線的連接與固定是其安裝中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，決定了母線的穩(wěn)定性與安全性。為保證長期穩(wěn)定運(yùn)行，每個(gè)接頭應(yīng)采用高導(dǎo)電材料如純銅或銀鍍銅制成，保證低接觸電阻。連接前，應(yīng)清潔、打磨接觸面，并涂抹導(dǎo)電膏，然后用扭矩扳手按規(guī)定扭矩緊固螺栓。特定系統(tǒng)可能還需專門的連接如壓接或焊接。在固定上，采用特制的絕緣支架，由抗燃、高強(qiáng)度材料制成，隔離母線與其他結(jié)構(gòu)，保證均勻支撐并應(yīng)對短路電流產(chǎn)生的電磁力。考慮熱膨脹，支架還需具備調(diào)節(jié)能力。另外，固定夾、絕緣夾等應(yīng)定期檢查和維護(hù)，確保其耐腐蝕和抵御機(jī)械疲勞，以保障長期穩(wěn)定性。

3 封閉母線安裝過程中的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 技術(shù)難點(diǎn)與解決方案

在封閉母線的安裝過程中，經(jīng)常遭遇一系列關(guān)鍵技術(shù)問題，這些問題嚴(yán)重影響項(xiàng)目的進(jìn)度和安裝質(zhì)量。其中，與設(shè)備接口的匹配問題由于市場產(chǎn)品的多樣性而變得尤為突出，要確保各種設(shè)備與母線的穩(wěn)定連接是一大挑戰(zhàn)。此外，由于電流傳輸時(shí)會(huì)引發(fā)熱膨脹，如何在各種溫度下保持母線的結(jié)構(gòu)和電氣性能成為核心問題。同時(shí)，如何在雷擊或其他異常狀況下確保設(shè)備與人員的安全，也是必須面對的挑戰(zhàn)。為解決上述問題，可以采取模塊化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)部件的組合靈活性，并與主要供應(yīng)商協(xié)作，確保產(chǎn)品與封閉母線的兼容性[4]。為應(yīng)對熱膨脹，還可以選擇特殊合金材料并預(yù)留膨脹裕度，同時(shí)也優(yōu)化了散熱設(shè)計(jì)。對于接地和防雷，則需要制定全面的接地方案并使用先進(jìn)的避雷器，確保設(shè)備和人員全方位的安全。

3.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范

隨著封閉母線技術(shù)的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了多種創(chuàng)新技術(shù)和實(shí)踐。新型碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用在5年內(nèi)從2% 飆升至37%，成為因其輕便、高導(dǎo)電性和抗熱膨脹特點(diǎn)的理想選擇，與傳統(tǒng)銅材料的導(dǎo)電性相當(dāng)，但重量大大減輕[5]。與此同時(shí)，光纖電流傳感技術(shù)在母線檢測中的應(yīng)用也逐漸增多，使故障檢測速度提高了48%，故障定位準(zhǔn)確率達(dá)到了99.2%，克服了傳統(tǒng)電流互感器的缺陷。另外，數(shù)字孿生技術(shù)也在封閉母線的安裝和運(yùn)維中得到廣泛應(yīng)用，提高了設(shè)計(jì)效率并降低運(yùn)維成本，為工程師提供了實(shí)時(shí)仿真環(huán)境，助力優(yōu)化安裝方案和預(yù)測問題，確保了封閉母線的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 封閉母線的性能測試與評(píng)估

4.1 測試方法與設(shè)備

封閉母線的性能測試是確保其穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，涉及多種測試方法和專用設(shè)備。第一首先，電氣性能測試是評(píng)估其導(dǎo)電能力、耐電壓及絕緣特性的主要方法。這通常使用高壓測試變壓器和數(shù)字式絕緣電阻表完成，確保母線在其額定工作電壓下能穩(wěn)定運(yùn)行，且絕緣特性達(dá)標(biāo)。第二，熱性能測試是不可或缺的一環(huán)，主要采用紅外熱像儀和溫度數(shù)據(jù)采集器，對封閉母線進(jìn)行全方位、實(shí)時(shí)溫度監(jiān)控，評(píng)估其在長時(shí)間連續(xù)工作下的散熱性能及可能的局部過熱問題。第三，機(jī)械性能測試也被廣泛應(yīng)用，利用機(jī)械振動(dòng)測試器和沖擊測試機(jī)，模擬各種實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下可能遭遇的機(jī)械應(yīng)力，以保證母線的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗震能力。

4.2 實(shí)際應(yīng)用效果評(píng)估

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，封閉母線的各項(xiàng)性能均滿足或超過了預(yù)期要求。導(dǎo)電能力達(dá)到了0.0008Ω，優(yōu)于預(yù)期的≤0.001Ω。絕緣阻值為15MΩ，遠(yuǎn)高于預(yù)期的≥10MΩ，證明了其出色的絕緣性能。其他關(guān)鍵指標(biāo)，如溫升限制、機(jī)械強(qiáng)度和防水等級(jí)，都與預(yù)期指標(biāo)相符或略有超出。特別是日常故障率只有0.08%，遠(yuǎn)低于0.1%的預(yù)期，且緊急停機(jī)次數(shù)為零，這進(jìn)一步證明了封閉母線在實(shí)際應(yīng)用中的高可靠性和穩(wěn)定性。

表2 封閉母線的實(shí)際應(yīng)用效果

5 結(jié)語

本文深入探討了電氣工程中封閉母線的技術(shù)基礎(chǔ)與安裝技術(shù)，突顯其在電力系統(tǒng)中的重要性。通過與其他母線比較，認(rèn)識(shí)到了封閉母線的顯著優(yōu)勢。在實(shí)際應(yīng)用中，充分的前期準(zhǔn)備與精確的安裝步驟成為確保工作效率與安全性的關(guān)鍵。尤其在面對技術(shù)難點(diǎn)時(shí)，創(chuàng)新技術(shù)的引入顯示了其在提高安裝效率和確保穩(wěn)定性中的價(jià)值。經(jīng)過性能測試與實(shí)際應(yīng)用效果評(píng)估，封閉母線的穩(wěn)健性和高效性得到了驗(yàn)證。