KFM銅鋁復(fù)合排空氣絕緣母線槽技術(shù)分析

福建石獅供電公司工作人員邱永濤使用自主研制的10千伏環(huán)網(wǎng)柜濕度控制系統(tǒng)檢測裝置，僅僅用了5分鐘就完成對德華線1號環(huán)網(wǎng)柜、服裝Ⅲ回0號環(huán)網(wǎng)柜濕度控制系統(tǒng)動作正確性的測試。

10千伏環(huán)網(wǎng)柜是重要的電力設(shè)備。維持環(huán)網(wǎng)柜的安全，對保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。2017年，邱永濤對石獅地區(qū)環(huán)網(wǎng)柜故障開展分析統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，77.6%的故障是由于環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部環(huán)境潮濕導(dǎo)致的。而造成潮濕的主要原因是環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部的濕度控制系統(tǒng)未能排除濕氣。濕度控制系統(tǒng)無法正常工作，環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部濕度增加，造成絕緣電阻值降低，引發(fā)設(shè)備故障。因此，提高環(huán)網(wǎng)柜柜體內(nèi)部的濕度測量的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

由于環(huán)網(wǎng)柜柜體結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部空間小，檢測柜內(nèi)部濕度控制系統(tǒng)難度較大，無法進(jìn)行精確測量。以往，工作人員用熱濕毛巾掩蓋濕度傳感器來判斷濕度控制系統(tǒng)是否正常工作。這一方法依賴人工經(jīng)驗(yàn)，誤判率較高，給設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行埋下隱患。

能不能使檢測做到既省時間又具有高準(zhǔn)確性和可靠性?2017年，邱永濤帶著這個問題，召集QC小組成員組成課題攻關(guān)小組，利用工余時間多次討論研究，修改設(shè)計(jì)方案，研制出一種可靠性高的10千伏環(huán)網(wǎng)柜濕度控制系統(tǒng)檢測裝置。2017年10月，10千伏環(huán)網(wǎng)柜濕度控制系統(tǒng)檢測裝置各項(xiàng)功能測試合格。同年11月，該裝置正式投入使用。

一、數(shù)據(jù)中心應(yīng)用需求（KFM銅鋁復(fù)合排空氣絕緣母線槽技術(shù)分析）

隨著電力業(yè)務(wù)的發(fā)展和智能電網(wǎng)的升級，數(shù)據(jù)中心對供電系統(tǒng)的可靠性和智能維護(hù)要求也越來越高。數(shù)據(jù)中心機(jī)柜端配電設(shè)計(jì)除了要滿足傳統(tǒng)機(jī)房的配電功能，還應(yīng)滿足遠(yuǎn)期設(shè)備擴(kuò)容的需求；同時，數(shù)據(jù)中心運(yùn)維者還提出要盡可能減少設(shè)備擴(kuò)容對已投運(yùn)設(shè)備的影響。供電系統(tǒng)除了滿足高可靠性外，還應(yīng)該具備強(qiáng)大的監(jiān)控功能，機(jī)房運(yùn)維人員隨時可以了解機(jī)柜負(fù)載情況、各配電分支回路的電氣狀態(tài)和不同負(fù)載機(jī)群的電量消耗情況等。

當(dāng)前，機(jī)房的配電容量一般保持在一定的范圍內(nèi)，通常按照服務(wù)器機(jī)柜、刀片機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜、工作機(jī)柜、小型機(jī)機(jī)柜等，常規(guī)數(shù)據(jù)中心單機(jī)柜負(fù)荷一般在3kW~8kW之間。根據(jù)各類設(shè)備功率不同，電氣連接器接口標(biāo)準(zhǔn)也有所區(qū)別。這為供電基礎(chǔ)配套實(shí)施帶來了很大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)落地式配電單元(列頭柜)已不能滿足越來越多的供電需求。

近年來，隨著數(shù)據(jù)中心靈活性和多元化發(fā)展。一種更加靈活的機(jī)柜端設(shè)計(jì)方案逐步在電力機(jī)房中得到應(yīng)用。即母線槽配電系統(tǒng)。目前已有大量大型數(shù)據(jù)中心采購母線槽設(shè)計(jì)方案，如Google、Facebook、阿里巴巴和騰訊等數(shù)據(jù)中心。母線槽在電力行業(yè)作為一種導(dǎo)線應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史，但是對于數(shù)據(jù)中心應(yīng)用而言，則比較新穎，應(yīng)用案例不多。與傳統(tǒng)電纜方式對比，母線槽具備更加可靠的安全性、接口電阻和溫升控制也更加優(yōu)秀。

二、智能母線槽的組成（KFM銅鋁復(fù)合排空氣絕緣母線槽技術(shù)分析）

電力機(jī)房專用母線槽系統(tǒng)一般由三個部分組成：母線槽主體、母線槽連接模塊、監(jiān)控模塊。

2.1母線槽主體

外殼提供線槽保護(hù)，提高熱穩(wěn)定性，滿足各種安裝方式，如豎直吊裝或者水平安裝，側(cè)邊可加上各種標(biāo)識。導(dǎo)電銅排是根據(jù)載流量需求選擇不同截面，表面鍍錫，增強(qiáng)抗腐蝕性并減小接觸電阻的電解銅。表面的絕緣材料具備良好的可短路電流能力。

2.2母線槽連接模塊

母線槽連接模塊用于母線槽主體與主體之間的連接，將原本3m左右的母線槽主體拼接起來，可延長至幾百米甚至幾千米。母線槽連接處也是很容易發(fā)生連接異常的地方，連接不可靠可能導(dǎo)致溫升、爆炸等事故，燒毀母線槽。

2.3監(jiān)控模塊

監(jiān)控模塊可以分為母線槽連接處的測溫模塊和始端箱、插接箱的電參量采集模塊。監(jiān)控模塊集成了常規(guī)的電力參數(shù)測量、溫度監(jiān)測、開關(guān)量檢測、漏電檢測等功能，同時具備在線報(bào)警功能，可以實(shí)時檢測母線接口溫度數(shù)據(jù)。采用ModbusRTU有線通訊或Lora無線通訊的方式，可方便可靠地將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳本地監(jiān)控系統(tǒng)，確保母線槽的安全運(yùn)行。

三、智能母線槽方案優(yōu)勢（KFM銅鋁復(fù)合排空氣絕緣母線槽技術(shù)分析）

3.1智能母線槽具有高度的靈活性

傳統(tǒng)列頭柜方案，其配電方式為UPS出線柜之后接配電列頭柜，之后通過線纜為每臺機(jī)柜內(nèi)設(shè)備供電。采用放射狀供配電結(jié)構(gòu)，即每個機(jī)柜通過一根電纜與列頭配電柜線纜一對一連接，今后新增或機(jī)柜擴(kuò)容變更提升功率時需要重新排放電纜。

智能小母線擺脫了傳統(tǒng)列頭柜布線困難的問題，部署簡易快捷，僅需將母線槽安裝到所有的預(yù)期機(jī)柜上方即可完成部署，可以依據(jù)用戶的進(jìn)駐實(shí)現(xiàn)即需即安裝。個別機(jī)柜增加輸出容量或者回路數(shù)量無需對母線槽做出變更，僅需增加或者變更插接箱即可，而且可以帶電插拔。

3.2智能母線槽投入快，施工周期短

采用軌道式小母線系統(tǒng)安裝部署快速，如使用傳統(tǒng)列頭柜加線纜模式，完成一個機(jī)房典型施工工期約為40-50天涉及到配電柜就位，電纜橋架安裝，電纜裁剪鋪設(shè)，電纜對接等多個繁瑣工序。而部署母線系統(tǒng)只需10-15天就可以完成一個機(jī)房的交付，節(jié)約大量的施工時間和人工投入同時也節(jié)省了橋架和電纜的需求。可提前近1個月交付客戶使用。

3.3智能母線槽系統(tǒng)安全性更高、使用壽命更長

由于小母線主要結(jié)構(gòu)為“鋁合金外殼+B級及以上絕緣護(hù)套+銅母排"，一方面使得整個輸電干線的電氣穩(wěn)定性（包括短時耐受電流、過載能力)更強(qiáng):另一方面，整條母線系統(tǒng)的散熱性很好，有效防止因熱量堆積造成的短路隱患，較大程度提高了使用壽命。母線使用壽命在30年左右，而電纜使用壽命一般在10-15年。

3.4母線增加了機(jī)房的利用率和收益

采用母線方式由于省去了強(qiáng)電列頭柜，原列頭柜的位置可增加配置1個IT機(jī)柜。一般每20個左右IT機(jī)柜配置1臺強(qiáng)電列頭柜，去掉列頭柜后可增加1/20左右的IT機(jī)柜數(shù)量，按一個機(jī)房1000個機(jī)柜為例，原需要50個列頭柜，采用母線后機(jī)房IT機(jī)柜可達(dá)1050個，每個機(jī)柜租賃利潤2萬/年計(jì)算，可增加年利潤100萬。

因此，智能小母線作為數(shù)據(jù)中心機(jī)房末端配電的后期之秀，能夠逐漸對傳統(tǒng)的列頭柜方案形成沖擊，并能以每年20%以上的速度持續(xù)增長，正是由于以上優(yōu)點(diǎn)做支撐。

10千伏環(huán)網(wǎng)柜濕度控制系統(tǒng)檢測裝置外形類似公文包，由裝置本體、運(yùn)行狀態(tài)指示燈、電源電量顯示模塊、電源模塊按鈕開關(guān)、超聲波振蕩模塊按鈕開關(guān)、水霧傳輸通道、濕度值顯示模塊和濕度傳感器檢測室8個部分組成。在檢測前，工作人員將環(huán)網(wǎng)柜的濕度傳感器拆下放入裝置檢測室，蓋上裝置上蓋，將水霧傳輸通道一端連接檢測室，另一端連接檢測裝置主體水霧出口，打開檢測裝置開關(guān)，觀察檢測室中濕度值是否達(dá)到93%RH。當(dāng)達(dá)到93%RH時，工作人員便可以用儀表測量環(huán)網(wǎng)柜加熱器是否有電信號輸出，有電信號輸出說明該濕度控制系統(tǒng)正常;反之，則說明濕度控制系統(tǒng)有故障，需進(jìn)行維修或更換。

傳統(tǒng)的濕度檢測方法用時平均要687秒，10千伏環(huán)網(wǎng)柜濕度控制系統(tǒng)檢測裝置平均時間只需260秒，用時明顯減少并且更加可靠，提升了工作效率。該裝置研制成功后，在福建省電力行業(yè)廣泛推廣，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，獲得了福建省百萬職工“五小"創(chuàng)新大賽三等獎、福建省電力行業(yè)優(yōu)秀QC成果一等獎和福建省質(zhì)量協(xié)會優(yōu)秀QC成果一等獎。

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