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柴油發(fā)電機(jī)的母線槽和電纜連接方案對(duì)比
發(fā)布時(shí)間:2022-10-25 18:21:14  ▏閱讀:

 

新聞主題

柴油發(fā)電機(jī)的母線槽和電纜連接方案對(duì)比

 

摘要:本文結(jié)合康明斯公司以往超高層項(xiàng)目的工程實(shí)際案例,從負(fù)荷分級(jí)、柴油發(fā)電機(jī)容量指標(biāo)、柴發(fā)的設(shè)置、供配電系統(tǒng)方案選擇、豎向配電干線系統(tǒng)等方面探討發(fā)電機(jī)房供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。本論文是對(duì)已完成的柴油發(fā)電機(jī)組工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)以及在柴發(fā)連接方案選擇時(shí)設(shè)計(jì)思路的分享,希望能為柴油發(fā)電機(jī)行業(yè)在做類似超高層項(xiàng)目時(shí)提供有效借鑒。

 

一、供電特點(diǎn)與負(fù)載分級(jí)

 

      柴油發(fā)電機(jī)房的供配電系統(tǒng)分布如圖1所示,安裝實(shí)例如圖2所示。

1. 供配電系統(tǒng)特點(diǎn)

      通常超高層建筑的供配電系統(tǒng)有以下特點(diǎn):

(1)建筑體量大用電量大供電半徑長(zhǎng);

(2)至少需要2路市政獨(dú)立電源,甚至多路市政電源;

(3)建筑功能多樣,供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮滿足多個(gè)物業(yè)運(yùn)營(yíng)管理模式的需要;

(4)需考慮備用電源和應(yīng)急電源的設(shè)置。

2. 用電負(fù)荷分級(jí)

      超高層建筑的供電負(fù)荷等級(jí)應(yīng)為一級(jí),對(duì)于建筑內(nèi)的消防安防用電負(fù)荷計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施保障建筑正常運(yùn)營(yíng)的重要設(shè)備重要場(chǎng)所中不允許中斷供電的負(fù)荷等應(yīng)作為一級(jí)負(fù)荷中的特別重要負(fù)荷。表1列舉了超高層建筑主要用電負(fù)荷分級(jí)。

      對(duì)于超高層建筑一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷,電氣設(shè)計(jì)師應(yīng)該考慮設(shè)置應(yīng)急電源,當(dāng)超高層建筑為四級(jí)及以上酒店或者大型商業(yè)時(shí),會(huì)有一部分負(fù)荷在酒店管理公司或者商業(yè)顧問提供的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中被列為保障性負(fù)荷,對(duì)于這部分負(fù)荷,也應(yīng)該考慮設(shè)置備用電源。

      因此,在進(jìn)行超高層建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),除雙重市政電源外,需要選擇獨(dú)立于正常電源的柴油發(fā)電機(jī)組作為是備用電源及應(yīng)急電源。


柴油發(fā)電機(jī)組供電監(jiān)控系統(tǒng).png

圖1  發(fā)電機(jī)房供配電系統(tǒng)功能分布圖

柴發(fā)機(jī)房排煙管和母線連接設(shè)置要求.png

圖2  柴油發(fā)電機(jī)房供電方案實(shí)例

 

二、供配電系統(tǒng)組成

 

      供配電系統(tǒng)是從電源線路進(jìn)用戶起經(jīng)過高/低壓供配電設(shè)備到負(fù)載止的整個(gè)電路系統(tǒng),將主要包括市電引入、變電站、高壓配電設(shè)備——高壓變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)、輸入低壓配電系統(tǒng)、不間斷電源系統(tǒng)、列頭柜/母線槽配電系統(tǒng)和機(jī)架配電系統(tǒng)。

1、高壓變配電系統(tǒng)

      主要是將市電通過該變壓器轉(zhuǎn)換成380V,供后級(jí)低壓設(shè)備用電。常規(guī)情況下,柴發(fā)機(jī)房主要采用市電配電,一般可靠性要求柴發(fā)機(jī)房引入兩路市電電源,每一路市電電源的供電容量,都需要完全滿足柴發(fā)機(jī)房的全部電力需求,兩路電源負(fù)荷設(shè)備輸入端自動(dòng)切換,正常時(shí)同時(shí)供電運(yùn)行。

2、柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

      主要用作后備電源,一旦市電失電,迅速啟動(dòng)為后級(jí)低壓設(shè)備提供備用電源。

3、自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)系統(tǒng)

     主要是自動(dòng)完成市電與市電或市電與柴油發(fā)電機(jī)之間的備用切換,電路連接如圖3所示。

4、輸入低壓配電系統(tǒng)

      主要作用是電能分配,將前級(jí)的電能按照要求、標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范分配給各種類型的用電設(shè)備,如UPS、空調(diào)、照明設(shè)備等。

5、不間斷電源系統(tǒng)

      不間斷電源UPS,是一種將蓄電池與主機(jī)相連接,通過主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電(交流電)的系統(tǒng)設(shè)備。主要作用是電能凈化、電能后備,為IT負(fù)載提供純凈、可靠的用電保護(hù)。在柴發(fā)機(jī)房,UPS一般采用一用一備容錯(cuò)配置,且任何一路都可以帶起整個(gè)核心負(fù)載。

6、智能小母線管理系統(tǒng)

      小母線系統(tǒng)是端母線供配電系統(tǒng)的俗稱,系統(tǒng)組成如圖4所示。智能小母線系統(tǒng)具有電流小、插接方便、智能化程度高等特點(diǎn),即插式插接箱給各個(gè)機(jī)柜內(nèi)的PDU分配電。始端箱和插接箱內(nèi)可設(shè)置監(jiān)測(cè)模塊,將數(shù)據(jù)上傳至動(dòng)環(huán)監(jiān)控中心。

 

雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電路連接圖.png

圖3  雙電源轉(zhuǎn)換開關(guān)電路連接圖

智能小母線管理系統(tǒng)圖.png

圖4  智能小母線管理系統(tǒng)圖

 

三、母線和電纜連接方式對(duì)比分析

 

1、柴發(fā)機(jī)組配電連接方式

(1)柴油發(fā)電機(jī)母線槽,就是通過合理、安全的結(jié)構(gòu),將幾根導(dǎo)體包裹在金屬外殼內(nèi),組成一個(gè)整體的具有電氣連續(xù)性的輸配電系統(tǒng)。普通母線槽一般分為密集絕緣型和空氣絕緣型兩種??諝饨^緣型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸送電流大;密集絕緣型結(jié)構(gòu)緊湊、散熱能力好。它們都有過載能力強(qiáng)、分接方便、占用空間小等特點(diǎn)。母線和母線槽連接示例如圖5、圖6所示。

 

柴發(fā)母線槽連接結(jié)構(gòu)圖.png

圖5  柴油發(fā)電機(jī)組母線槽連接結(jié)構(gòu)圖

柴油發(fā)電機(jī)組母線連接內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖.png

圖6  柴油發(fā)電機(jī)組母線連接內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

 

 

(2)電纜分為單芯電纜和多芯電纜。單芯電纜主要采用各種絕緣材料,將多股銅線包覆在絕緣層內(nèi),作為某一相電流導(dǎo)體。多芯電纜則是將多根絕緣線芯絞合在一起,在包上外護(hù)套而形成的一整根完整的電纜。電力電纜的絕緣線芯數(shù),通常為1、2、3、4、5等芯,以及4+1和3+2芯。電纜的主要優(yōu)點(diǎn)是選用靈活多變,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),但也有著其固有的局限性。電纜安裝通常分為橋架和電纜溝兩種方式,分別如圖7、圖8所示。

 

柴發(fā)電纜橋架安裝施工圖.png

圖7  柴發(fā)電纜橋架安裝施工圖

柴發(fā)電纜溝安裝施工圖.png

圖8  柴發(fā)電纜溝安裝施工圖

 

 

2、母線槽與電纜性能對(duì)比

(1)載流量

     低壓電纜的截面積最大為1000mm2,額定電流為1600A。這么大規(guī)格電纜因其體積和重量過大,很少應(yīng)用于實(shí)際工程中。工程中一般常用的是400 mm2及以下規(guī)格電纜,這就要求使用多根電纜來實(shí)現(xiàn)同時(shí)供電。而母線槽額定電流最大可達(dá)6300A,其強(qiáng)大的載流能力是電纜根本無法比擬的。

表1     WDZ-GYJSYJ(F)電力電纜的持續(xù)載流量 (單位:A)

型號(hào)
WDZ-GYJSYJ(F)
額定電壓/kV
0.6/1
導(dǎo)體工作溫度/℃
90
敷設(shè)方式
敷設(shè)在隔熱墻中的導(dǎo)管內(nèi)
敷設(shè)在明敷的導(dǎo)管內(nèi)
敷設(shè)在空氣中
環(huán)境溫度/℃
25
30
35
40
25
30
35
40
 
 
25
30
35
40
標(biāo)稱截面面積/m㎡
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
銅芯
鋁芯
1.5
17
17
16
15
20
19.5
19
18
23
23
22
21
2.5
22
22
21
20
27
26
25
24
33
32
31
29
4
31
30
29
27
36
35
34
32
43
42
40
38
6
39
38
36
35
45
44
42
40
55
54
52
49
10
52
51
49
46
61
60
58
55
77
75
72
68
16
69
56
68
55
65
53
62
50
82
65
80
64
77
61
73
58
102
79
100
77
96
74
91
70
25
91
72
89
71
85
68
81
65
107
86
105
84
101
81
96
76
130
99
127
97
122
93
116
88
35
111
89
109
87
105
84
99
79
131
105
128
103
123
99
116
94
161
122
158
120
152
115
144
109
50
133
106
130
104
125
100
118
95
157
126
154
124
148
119
140
113
196
149
192
146
184
140
175
133
70
167
134
164
131
157
126
149
119
198
159
194
156
186
150
177
142
251
191
246
187
236
180
224
170
95
201
160
197
157
189
151
179
143
238
192
233
188
224
180
212
171
304
232
298
227
286
218
271
207
120
232
184
227
180
218
173
207
164
273
220
268
216
257
207
244
197
353
268
346
263
332
252
315
239
150
264
210
295
233
283
224
268
212
347
277
340
272
326
261
309
248
465
310
399
304
383
292
363
277
185
301
238
295
233
283
224
268
212
347
277
340
272
326
261
309
248
465
354
456
347
438
333
415
316
240
353
278
346
273
332
262
315
248
406
324
398
318
382
305
362
289
549
417
538
409
516
393
490
372
300
404
319
396
313
380
300
360
285
464
371
455
364
437
349
414
331
633
480
621
471
596
452
565
429

(2)過載能力

      不論電纜還是母線槽,過載能力都取決于所用絕緣材料的工作溫度。母線槽絕緣材料的工作溫度為105℃,現(xiàn)已開發(fā)出工作溫度為140℃以上的輻照交聯(lián)阻燃纏繞帶(PER)和輻射交聯(lián)聚烴熱收縮管。而目前電纜所用絕緣材料的常期工作溫度一般為90℃和105℃,輻照交聯(lián)電纜的最高工作溫度為125℃。因此,母線槽的過載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電纜。

(3) 安裝分接

      母線槽一般采用插接式安裝分接方法。所謂插接式母線槽,就是利用插接的方式把主干線的電源分接到支線去,每隔若干米就留有一個(gè)插接箱口,因此分接十分方便。而電纜需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分接,可靠性差,即便是預(yù)制分支電纜,也有其缺陷。分支電纜明顯的缺點(diǎn),主要是需要向工廠定制分支連接器材,通常采用開口的"C"型抱箍。時(shí)間久了,這種抱箍能否保證緊箍力也是問題。另外,分支電纜分支頭的價(jià)格不菲,因此預(yù)制分支電纜至今應(yīng)用面仍不廣。安裝分支電纜時(shí),需要切斷樓面電源,而安裝母線槽時(shí)無須斷電,只要在空載情況下,取下母線槽的插接箱即可。但要切斷預(yù)制分支電纜的分支電源,在帶電的情況下操作是十分危險(xiǎn)的。

(4) 防火性能

      普通電纜的絕緣層和外護(hù)套會(huì)燃燒。即使阻燃電纜在火焰下也會(huì)燃燒,只有在火焰離開后才燃燒。耐火電纜不會(huì)燃燒,但價(jià)格昂貴,只有在消防報(bào)警電路系統(tǒng)等不準(zhǔn)停電的場(chǎng)合才使用耐火電纜。而母線槽外殼是金屬的,不會(huì)燃燒,即使銅排的絕緣材料發(fā)生燃燒,火苗也不會(huì)危機(jī)到母線槽外面。

(5)散熱性能

      電纜的絕緣和外護(hù)套 既是絕緣層,又是隔熱層。因此,為了保持電纜散熱,當(dāng)電纜在橋架內(nèi)敷設(shè)時(shí),最多允許敷設(shè)2層,其原因主要是考慮散熱問題。而母線槽利用空氣傳導(dǎo)散熱,并通過緊密接觸的鋼制外殼,把熱量散發(fā)出去,因此它的散熱性能比電纜優(yōu)越的多。

(6)運(yùn)行維護(hù)

    母線槽的維護(hù)比較簡(jiǎn)單。母線槽日常維護(hù)時(shí),通常是測(cè)量外殼和穿芯螺栓的溫升、進(jìn)線箱的接頭溫升等,穿芯螺栓若采用4.8級(jí)則需要定期緊固,若采用8.8級(jí)的高強(qiáng)螺栓則不必定期堅(jiān)固。而電纜因其材料易于磨損、易老化、壽命較短等因素限制,需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù),甚至更換。

3、安裝使用方面的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

(1)安裝施工

      雖然電纜敷設(shè)安裝時(shí)在線路走向上靈活方便,但是工程中電纜一般都是要靠橋架支撐,所以電纜施工需要先安裝橋架,再經(jīng)過電纜溝敷設(shè)電纜,分步進(jìn)行。而母線槽的安裝確實(shí)需要專業(yè)的安裝技術(shù),但卻只需要按照產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)安裝程序即可,一次性完成安裝。另外,母線槽結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間相對(duì)較小,易于管道、線路空間布置,且安裝方便。當(dāng)然,對(duì)于400A以下的小電流線路,因?yàn)樗x用的電纜截面相對(duì)較小、根數(shù)較少,使用電纜則顯得更為靈活。

(2)供電系統(tǒng)

      母線槽供電系統(tǒng)通常是主干線從配電中心引出以散射狀靈活供電,而電纜供電則受分接難度大、載流量小、難以分散控制等因素限制,通常是"點(diǎn)對(duì)點(diǎn)"供電,特別是在高層建筑供電系統(tǒng)中,母線槽相比電纜的優(yōu)越性尤為突出。

      傳統(tǒng)電纜供電方式,每個(gè)樓層都需要單獨(dú)放線,電纜根數(shù)眾多。這樣的密集敷設(shè)方式,散熱性差、占用空間大、事故檢查難、維修難度大。而母線槽供電只要使用單一的中心母線槽系統(tǒng),在每個(gè)樓層設(shè)置相應(yīng)容量的插接箱進(jìn)行分流,即可達(dá)到供電目的。這種方式使得分接異常靈活,而且每個(gè)分支都有插接箱對(duì)分流變?nèi)萏幍谋Wo(hù)。因此,采用母線槽更加安全、更加簡(jiǎn)單、更加可靠。

(3)經(jīng)濟(jì)成本

      母線槽相比電纜,總體來說,由于使用材料高檔,工藝相對(duì)復(fù)雜,首期投入成本一般比電纜要大。但是,從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看,使用母線槽則優(yōu)越的多。當(dāng)前,母線槽使用壽命一般在30年至40年,而普通電纜則只有15年左右的使用壽命。母線槽系統(tǒng)只要按照規(guī)范安裝和運(yùn)行,基本上不需要更換部件,只需要對(duì)周邊環(huán)境例行檢查即可。而電纜則經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)接頭老化、絕緣層脫落等現(xiàn)象,需要對(duì)某一段電纜進(jìn)行更換。另外,當(dāng)今市場(chǎng)上已經(jīng)有許多實(shí)力較大的母線槽廠家推出鋁導(dǎo)體母線槽,且已大規(guī)模應(yīng)用于大型建筑。這類母線槽的采購(gòu)價(jià)格遠(yuǎn)比電纜橋架的價(jià)格低,,但使用性能卻高于電纜。對(duì)于首批投入資金緊張的用戶,完全可以選用此種母線槽。

 

四、兩種方案優(yōu)劣對(duì)比結(jié)論

 

(1)母線槽可滿足6300A額定電流,這一方面優(yōu)于電纜。

(2)安裝母線的保險(xiǎn)費(fèi)用比較低,而電纜相對(duì)較高。

(3)母線槽的分接口可增加分接回路,而電纜需在配電室開始敷設(shè)。

(4)母線配有標(biāo)準(zhǔn)的安裝支架,不需要其他支撐;電纜需用單獨(dú)的橋架或管道進(jìn)行敷設(shè)。

(5)母線槽可在離設(shè)備最近的位置進(jìn)行控制,而電纜需在配電室控制。

(6)母線槽壽命長(zhǎng),并可重復(fù)使用。而電纜壽命較短,不可以重復(fù)使用。

      因此,從兩者對(duì)比可以明顯看出,電纜的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于母線槽,特別是僅對(duì)比一次性投資,電纜也較母線方案節(jié)省投資造價(jià)。但經(jīng)過全面分析比較,康明斯公司推薦方案為對(duì)于低壓配電系統(tǒng)中的重要干線選擇母線槽,顯然有其明顯優(yōu)勢(shì)。對(duì)于小電流分支線路,選擇電纜也有其靈活方便的優(yōu)點(diǎn),這就需要專業(yè)配電設(shè)計(jì)人員以實(shí)際需要進(jìn)行選擇配置。


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