朱 红， 贾 欣

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

0 引 言

东西关水电站是嘉陵江干流上开发的中型电站。电站原装机4×45 MW，技改增容为4×52.5 MW，2011年秋季开始每年改造1台机组，至今已改造完成三台机组。东西关电站改造工程电气设备布置不仅需适应原土建结构，而且安装工期短，母线设计受到诸多不利因素的制约，而母线选型及采取何种屏蔽措施对工程改造顺利实施、保证厂房和机组安全运行至关重要。

1 东西关电站母线现状

东西关电站发电机与变压器组合采用扩大单元接线，发电机出口电压10 kV，电站以110 kV一级电压接入系统，110 kV出线共6回。机组扩容后单机容量52.5 MW/60 MVA(共210 MW)，电气主接线和接入系统方式维持原状不变。

东西关电站是地下厂房，开关站位于地面。技改增容后扩大单元母线额定电流7 000 A，额定电压10 kV，母线输送容量大，输电距离长，单相母线总长约154 m。母线通过100 m水平廊道、高差12 m竖井，25 m斜井从地下厂房到地面开关站。母线分水平、垂直、倾斜三种方式布置，其中母线竖井断面净空尺寸为长×宽=3 m×2 m，布置空间狭窄。东西关电站位于四川南充，夏季气候炎热，所以，按户内环境温度45℃进行母线设计。

本工程改造项目是在原有土建结构上实施，土建结构尺寸(包括楼板高程、楼板和墙上开孔)、发电机母线出线方向均不变。安装工期短，在一个冬季拆除并改造完成一台机组，包括母线、隔离开关、限流电抗器等相关电气设备。母线改造工程受到工程现状诸多因素制约。

2 母线比较及选型

母线型式分4大类：离相母线、中压全浇注封闭母线、共箱母线和裸母线。结合东西关电站现有枢纽布置和母线出线通道建筑体结构实际情况、制造业母线生产水平、母线技术参数、母线布置方式、施工工期、母线安装施工方式、电站环境、投资等因素，进行母线选型综合比较。

东西关电站母线出线通道是按裸母线设计的，空间小无法布置离相母线。

用绝缘材料浇注成型的中压全浇注封闭母线，其特点是技术先进、防护等级高、无触电危险、安全性高、绝缘和散热性能好、防电磁干扰、安装方便、工期短、免维护保养、母 线 体 积 小，能 在

-40 ℃～+70 ℃环境温度下运行。这些优点特别适合东西关电站使用，是设计首选方案,但因当时中压全浇注封闭母线是刚出现的新型产品，价格较贵，业主不愿意采用。

与裸母线比，常规的共箱母线导体及绝缘子全封闭在金属外壳中，其特点是：结构紧凑、防护等级较高、无触电危险、安全性高、运行维护工作量较少、价格适中，但散热较差。

裸母线母线体积小，只有导体、绝缘子和金具。价格便宜。导体产生的热量直接向周围空气辐射散发和自然对流散热，母线散热好。但防护等级低、现场母线安装复杂、运行维护工作量较大。

结合东西关电站实情：采用裸母线能最大限度维持工程原状，变动范围最小，对电站固有结构适应性最好，投资最省；厂房通风系统已建好不便改造，改造前母线廊道内最高温度已超过了40 ℃，通风系统不改造，机组容量增大后共箱母线散热问题就不好解决，母线廊道温度长期过高将会产生安全隐患。再有竖井空间小，共箱母线施工较困难。共箱母线不需设置保护网，施工简单的优势在本技改工程中体现不出来：若采用共箱母线不仅原来的母线支持结构和保护网没有利用价值，还需要专门花钱花时间来拆除。据东西关电站业主运行经验，尽管防护等级较低，裸母线运行中故障率其实不比共箱母线更高，运行是安全可靠的。综合多种因素比选结果：机组增容后发电机单元出口和扩大单元母线仍选择采用裸母线。

3 前期母线屏蔽措施

母线主要技术参数

当母线电流大于3 000 A时，钢构发热已不容忽视。标准规定钢构发热的最高允许温度：人可触及的钢构<70 ℃，人不会触及的钢构<100 ℃，混凝土中的钢筋<80 ℃。

东西关电站扩大单元双槽形全裸母线布置在母线廊道、母线竖井、母线斜井内，最近的钢构距离母线只有一个绝缘子的高度，最近的混凝土墙或楼板距离母线约0.6 m。东西关电站技改增容后扩大单元母线实际电流达6 928 A，如此大电流产生的强大交变磁场会使其附近钢构产生磁滞和涡流损耗而发热，如果不采取相应措施，严重地发热会让材料产生热应力而引起变形，使机械强度下降，钢构接触连接损坏。混凝土中的钢筋过渡的热胀冷缩可能使混凝土发生裂缝。为避免东西关电站钢构发热出现难以想象的事故、为保障人身设备安全，需要采取有效的母线屏蔽措施。

电磁场是随着深度呈现指数衰减趋势，屏蔽体越厚屏蔽效果越好投资也越贵。综合性价比，选择5 mm厚铝合金板做为母线电磁屏蔽体。东西关电站屏蔽措施和铝合金屏蔽板安装范围设置如下：

(1)母线支持槽钢(横担)加铝短路板和绝缘垫断开钢构回路，消除环流；

(2)水平母线廊道屋顶和保护网之上的两侧墙壁均全程敷设5 mm厚铝合金板；

(3)母线竖井内四面墙壁均全程敷设5 mm厚铝合金板；

(4)母线斜井周围没有其它厂房和设备，一侧出口通地面，斜井通风散热良好，故仅在(2个)斜井中间隔墙#1、2机组段一侧的保护网之上墙壁全程敷设5 mm厚铝合金板。

(5)铝合金板采用非导磁材料不锈钢膨胀螺栓固定到墙上。侧板、顶板的板与板间采用焊接或铜跨接线连接，板板焊接时一侧的焊点数量

2～3个，跨接时用铜跨接线1根，跨接线间距约

2～3 m。侧板与顶板间的连接采用跨接线。

(6)铝合金板就近多点与电站主接地网连接。

以上屏蔽措施是针对东西关电站实情和裸母线布置特点量身定制的：铝合金屏蔽板贴在母线周围墙壁或楼板上，竖井屏蔽板设计为封闭式，水平廊道和斜井屏蔽板设计为敞开式；母线屏蔽板整体电气全连式并从双侧墙壁引下多点接地；铝合金板板之间呈点状螺栓连接(现场无法在有限时间内完成大量满焊连接工作量)；屏蔽板距母线较远，屏蔽板面积较大，母线及铝合金板均传热效果好、散热快、温升低。

4 铝合金屏蔽板接地线过热现象

2012年初首台机组#2机的技改工作完成，#1、#2母线廊道加装了屏蔽铝板，#3、#4母线廊道尚未加装。机组带负荷运行后出现铝合金屏蔽板个别引下接地线过热，导线和螺栓烧黑问题，在最严重的局部过热点测得引下线接头最高温度150 ℃，引下线本体最高温度:100 ℃。

铝板铜接地引下线温度测量表(℃)(地点：#1、#2机组母线廊道)

测温数据还显示母线保护网的平均温度高于母线平均温度，而母线横担平均温度低于母线平均温度，个别横担温度高于母线温度。大多数铝板间跨接线(包括螺栓)温度不超过60 ℃，母线横担最高温度达63.9 ℃，保护网最高温度61.1 ℃。数据表明尽管接地引下线存在发热问题，但是铝合金板对降低钢构发热是有效果的，只是多点接地引下线存在设计缺陷还需要优化完善。

根据以胩情况分析：在屏蔽铝板与接地构架之间因磁场感应产生了电位差，通过接地线形成大电流回路，在接地线截面积不够或接触不良的点造成发热。由此可见，在铝合金屏蔽板装配过程中采用的接地方式和搭接方法都会直接影响屏蔽效果。

5 屏蔽措施优化

2012年底在第2台机组#3机的技改工作时进行母线屏蔽体优化设计，具体措施有：

(1)水平母线廊道内铝合金屏蔽板整体敞开式修改为局部环连式：

在母线下保护网之上间隔4 m左右增设宽200 mm的铝合金板，该铝合金板2端与2侧墙上敷设的铝合金板满焊连接，即间隔4 m左右让铝合金屏蔽板形成一个局部环连。

(2)改良铝合金屏蔽板的搭接方式：

铝合金板之间取消螺栓连接，全部采用焊接方式，每个焊点的焊缝长度不小于50 mm，焊点中心间距为250 mm。

铝合金板间隙比较大且影响直接焊接之处，采用加小块铝合金板补丁的方式进行满焊连接形成完整的电气通路，每侧的满焊焊缝总长度应不小于50 mm。

(3)改良多点接地方式、增大接地线截面积、杜绝接触不良：

沿母线一侧贯通一根-50×6镀锌扁钢，敷设在宽200 mm的铝合金板之下保护网之上，镀锌扁钢与保护网上敷设的每块200 mm宽铝合金板进行螺接，保证每块铝合金板与镀锌扁钢有效接触面积不小于300 mm2。根据现场情况将该接地扁钢多点引下接地。

如此形成了一个电气连通性较好、分流均匀、散热好、间隔4 m左右一个局部封闭环连式(水平母线廊道段)+封闭式(竖井段)+敞开式(斜井段)、电气全连式多点接地母线屏蔽体。是东

西关电站量身定做的特有的母线屏蔽方式。

2014年初完成了东西关电站3台机组的技改工作，2014年夏季三伏天4台机组满发时测温数据如下：母线通道户内最高环境温度41 ℃，铝合金板最高温度53 ℃，母线构架及保护网最高温度60 ℃。温度实测结果表明东西关电站钢构发热最高温度远低于标准规定允许值，屏蔽措施取得了较满意的效果。

6 结 语

东西关电站技改增容工程因机组容量增大直接导致母线电流变大，母线大电流引起的钢构发热已不容忽视，屏蔽体材质选择、布置方式、搭接方法和接地方式都会直接影响屏蔽效果和投资。东西关电站改造工程母线屏蔽措施设计本着技术经济合理、切合电站实际因地制宜设计原则，对长达154 m的裸母线采用在母线出线通道墙壁上、顶部局部敷设电气全连式多点接地屏蔽体的方式，边设计边实践边总结边优化，最终取得了令人满意的屏蔽效果。在这里对东西关电站技改增容工程母线屏蔽措施进行分析探讨，期望对类似工程能起到一定的借鉴参考作用。

作者简介:

朱 红(1964-)，女，江苏苏州人，成都科技大学电力工程系电力系统专业本科毕业，高级工程师，现于成都勘测设计研究院有限公司从事水电站电气一次专业设计工作；

贾 欣(1982-)，男，内蒙古巴彦淖尔人，毕业于西安理工大学电气工程及其自动化专业，工程师，现于成都勘测设计研究院有限公司从事水电站电气一次设计工作.

(责任编辑：卓政昌)

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