浅析电气工程公共直流母线桥的转化设计

李磊+王孝勇

摘 要：传统的母线桥只能对远距离供电需求进行满足，无论是在设计方面还是在施工方面都存在设计较为复杂的问题，将其用于短距离供电会涉及到成本较高的缺陷。半导体功率器件呈现出发展较为迅速的趋势，在此种环境与背景之下多电动机传动变频调速的应用越来越广泛，这不仅对电气工程自身建设与发展有积极意义，同时对我国社会与经济发展有极大的促进作用。

关键词：直流母线；母线桥；设计

为实现对电气工程公共直流母线桥转化设计的有效分析，我们对某工程实例进行结合。1800mm炉卷轧机电气工程是该公司于2007年新建的一个项目，该项目的电机容量在1000KV之下，其交流异变方案以及变频器是主要是由IGBT器件构成。西门子公司设计的矢量控制功能的6SE70系列通用变频器是其交流辅传动系统的进行控制时所采用的主要系统，其母线供电方式主要是交流输入以及交流输出。该公司于2010年对厂房进行改造，其中电气式布置也需要全部进行重新设计，对于原有的自动化设备也需要对其进行转化设计。

一、系统特点

为在真正意义上对生产要求的节能环保以及高性能要求进行满足，必须在系统集中采流以及公共直流母线中采用逆变以及电动机传动技术。在实际工作中我们也会遇到多台相同电动机同时调速的情况，尤其是针对电压相同状况，我们必须结合实际情况实现对公共直流母线供电方式的科学应用，向直流母线供电的主要是一台整流单元，直流母线会逐渐实现向多台直流变电器的转变。在这种多电动机传动变频调速系统中实现对公共直流母线的科学运用，不仅可实现对整单元负载能力的充分利用，同时可实现对生产工艺要求的有效满足，实现对投资成本的有效降低。但我们必须注意的是对公共直流母线柜柜列长度的控制。厂房内会受到一定的空间控制，因此在其长度超过规定要求时就必须对其进行分段布置。双排背靠背以及面对面是其主要布置方式，单排布置也存在于上述情况中。电流较大是公共直流母线的显著特征，一般情况下都会超过2000A，电缆连接方式不适合在柜列之间进行使用。因此我们必须结合实际情况利用母线对其进行连接，这不仅可在一定程度上实现成本以及原材料的有效节约，同时也是在根本上保证电流传输效率不会受到外界的影响。

目前，中国的能源蕴藏量位居世界前列，但是，人均能源占有量和消费量远低于世界平均水平。中国由电气系统故障引起的故障率与先进工业国家相比较高，因此，在电气设计时要严格执行有关设计标准和规范，从设计源头上采取有效措施，严防电气危害事故的发生。本文论述的电动机传动变频调速系统的公共直流母线桥的设计，与传统电缆线路及桥架相比较，母排的采购成本、制造所消耗的原材料、使用长度、安装人工成本等均低于电缆。因此，母线桥的设计可以大大节约能源，减少能源浪费和对环境的污染，可以有效提高电气连接的安全性和可靠性，在一定程度上减少了电气事故的发生。本文针对冶金行业，根据现场环境采用一种合理的测量方法，提出一种防护等级高、可靠性好的封闭式母线桥的设计方法。

二、公共直流母线桥设计及安装

现场测量前，应先查询改造前柜体外型尺寸及母线设计方案，再根据厂房改造后的最新柜体排列布置图，设计母线的连接方式。根據母线设计方案，标记出设计所需要的数据及可能存在误差的数据。

测量方法对测量工作十分重要，它关系到后期的设计和安装任务是否能顺利完成。在实际测量时，尽可能多测量一些数据，尤其是一些关键尺寸，可以用不同方式进行多次测量和多点测量，保证数据的准确性。测量时一定要在现场找好合适的基准面，测量中所有的绝对尺寸都必须相对于同一个基准面，同时应仔细观察现场的环境，查看母线桥路径是否会和别的设备或装置产生干涉。

本文以东方特钢项目为例说明，项目涉及改造的直流母线输入电压U为690V，电流I为1800A，根据GB/T3797-2005可知，660

在母线桥的设计过程中，应综合考虑各项误差，包括测量误差、安装误差及随机误差，保证母线桥可以顺利安装。母线桥要有一定的机械强度，用料应节省空间，尽量减少现场安装的工作量，外形应美观、大方，与原有柜体保持一致。

现场安装阶段，先准备好安装工具，将物料分类整理好，按照安装规范进行安装工作，具体操作流程和内容如下：（1）将两侧柜体原有母线室的侧板和吊环拆掉；（2）在安装吊环的位置安装角钢；（3）分别安装柜间公共直流母线连接母排；（4）将绝缘母线夹具安装在母线罩上；（5）将母线罩和柜体原有母线室以及角钢固定在一起；（6）将多个母线罩通过连接板固定在一起。

本文巧妙地利用柜体本身的结构做主体支撑，把角钢安装在柜列之间的顶部，将母线桥固定在角钢上，即侧挂于柜体顶部外侧，与柜体顶部的公共直流母线室形成一个整体。以双排面对面布置为例，柜体与柜体之间的间距3000mm，柜体深度800mm，母线罩设计成5个，母排（直流母线）分为两段，设计成“┕━━”，用搭接母排将两段母排连接起来，与柜内母排直接连接。由于两个柜列之间距离较长，故在中间设计了用于固定的吊孔。

三、结束语

本文设计的公共直流母线桥体积小，安装方便，制造成本低，外形美观。已经在东方特钢1800mm炉卷轧机电气工程顺利应用，自应用以来，系统运行稳定可靠。通过在东方特钢的成功应用，为以后的设计和推广奠定了基础，整条公共直流母线回路可以根据现场情况以更合理、更灵活的形式进行柜体排列设计此设计制造均可由成套设备生产厂家完成，作为整套设备的一部分，在现场一起完成安装。

参考文献：

[1] 邱书明，郭清臣，齐怀轩，等.一种大功率公共直流母线功率变换器的设计与应用[J].电气传动，2012，42（7）：29-33.

[2] 周亮.多油井变频公共直流母线群控系统设计与开发[D].山东大学，2014.