通信核心機樓低壓封閉型母線槽安裝及維護方法

孫發(fā)墩

（中國移動通信集團甘肅有限公司，甘肅 蘭州 730070）

0 引 言

通信電源是保證通信網(wǎng)絡暢通的心臟。隨著通信業(yè)務負荷的不斷增長，通信核心機樓從高壓市電引入到配電室，由配電室變配電輸出至各通信機房，逐步由低壓封閉型母線槽（以下簡稱母線槽）代替電力電纜，最終向開關(guān)電源、UPS、空調(diào)等設備提供穩(wěn)定、純凈的電力能源，保障通信機房的供電及環(huán)境問題。

母線槽是由金屬板保護外殼（材質(zhì)為鋼板或鋁合金板）、導電排、絕緣材料及有關(guān)附件組成的母線干線系統(tǒng)。作為替代電纜用的供配電干線，母線槽具有電流承載能力強、安裝簡單方便、安全性高、使用壽命長等突出優(yōu)勢[1]。從結(jié)構(gòu)上看，母線槽以銅排或鋁排為導體，電容量大、電壓降小；同時，母線槽以鋼板或鋁合金板為外殼，不怕燃燒、安全性高、使用壽命長。從整體上看，母線槽的外形美觀、重量輕，且安裝簡單方便、可延展性強。母線槽可隨意增加或更換配電系統(tǒng)，既可制成每隔一段距離設有插接分線盒的插接型封閉母線，也可制成中間不帶分線盒的饋電型封閉式母線[2]。母線槽實物及參數(shù)如圖1所示。

圖1 母線槽實物及參數(shù)

在實際項目規(guī)劃建設和日常運行維護工作中，使用者往往忽略母線槽作為設備的因素，僅僅當其作為電力電纜使用，造成安裝過程隨意，垂直段垂度偏差大、水平段吊掛位置錯誤、接頭與插接箱位置不合理、固定支撐錯誤等問題頻繁出現(xiàn)。這就使得通信供電系統(tǒng)風險急劇增長，極易發(fā)生電氣故障，導致通信機樓供電整體中斷的嚴重后果[3]。

而且，目前對通信機房內(nèi)如此重要的配電設施，母線槽的運行監(jiān)控和管理手段卻仍然十分落后，僅僅通過人員現(xiàn)場觀察并用測溫儀表測試溫度，無法做到系統(tǒng)安全程度的預判預警。由此可見，在通信設備供電干線的運維智能化、網(wǎng)絡數(shù)字化轉(zhuǎn)型等方面尚有很大的差距。本文將通過發(fā)生的典型案例來介紹母線槽的安裝及日常運維管理工作。

1 典型案例及原因分析

1.1 典型案例

某省級通信樞紐樓,其配電系統(tǒng)由裙樓低壓配電室向11樓動力機房敷設安裝4根2 500 A封閉型低壓母線槽，采用2主2備模式供電，如圖2、圖3所示。按照維護規(guī)程要求，在正常維護主、備母線槽倒換演練過程中，備用2#母線在空載情況下，在低壓側(cè)母線斷路器合閘瞬間發(fā)生母線槽內(nèi)B、C相間短路的嚴重故障，導致7樓備用母線槽相間短路燒毀故障,使得機樓3、6、9、10、11樓機房單路供電，如圖4所示。

圖2 母線槽示意

圖3 供電結(jié)構(gòu)示意

圖4 母線槽故障照片

1.2 故障原因分析

目前，通信機樓母線槽使用普遍存在施工安裝工藝不規(guī)范、采購設備質(zhì)量參差不齊、日常運行維護手段不足等情況，這些會導致核心機樓輸配電系統(tǒng)存在較大隱患。具體情況如下。

（1）母線槽受力不均衡。母線槽在安裝時水平方向受力分布不均，垂直方向支撐不足，導致相應接頭處受力，使其絕緣間距縮小，絕緣水平降低，如圖5所示。

圖5 水平、垂直段支撐分析

當水平母線僅有一處吊掛時，且吊掛與水平母線重心位置不重合，不能完全將自身重量掛在吊掛上，就會產(chǎn)生一個豎直向下的力。反向力-G1會破壞連接器內(nèi)部絕緣樹脂，破壞螺桿保護裝置，極有可能造成相間短路[4]。

垂直母線段吊掛至專業(yè)機房的三通段未做吊掛固定時，三通段的重力全部由母線連接器去平衡，G2≈150 N，因此三通段產(chǎn)生的重力將全部由母線連接器去平衡。由此G三是三通段對連接器的作用力，是破壞連接器絕緣最主要的外力。

（2）母線連接器材質(zhì)量問題。如圖6所示，部分廠商生產(chǎn)的母線槽連接器內(nèi)穿芯螺栓所使用的絕緣材料為尼龍塑料，材質(zhì)較脆，且連接器相間螺栓采用分片式絕緣材料，受外力擠壓，結(jié)構(gòu)易發(fā)生變形，造成螺桿直接裸露，從而導致相間易發(fā)生短路。且隨著帶載運行發(fā)熱后材料老化明顯。

圖6 母線連接器尼龍材質(zhì)

（3）自動化運維手段欠缺。母線槽做為通信機樓輸送電力設備，日常維護沒有建立自動化監(jiān)測手段，僅能通過人工測量開展，部分區(qū)域形成監(jiān)測盲區(qū)，導致接頭溫升等隱患不能及時發(fā)現(xiàn)與處理。

綜上所述，發(fā)生類似典型故障的原因在于通信核心機樓內(nèi)部對母線槽運維重視程度不足，只關(guān)注機房內(nèi)配電、UPS、開關(guān)電源等主要設備，而忽視母線槽日常運維，僅將其作為電力電纜使用，缺乏日常安裝及運維監(jiān)管。同時在建設過程中過分依賴廠家的施工設計，缺乏對施工方案的管控及評估，且日常運維大量依靠人員，導致動力系統(tǒng)運維管理過程中忽視母線槽巡檢工作，形成日常管理盲區(qū)，埋下了重大的安全隱患[5]。

2 安裝工藝方案

為了解決上述問題，應首先將母線槽視為動力設備，按照GB72516.6—2015《低壓成套開關(guān)設備和成套設備》、GB50149—2010《電氣裝置安裝工程母線裝置施工及驗收規(guī)范》等標準，強化安裝過程中施工質(zhì)量要求，強化隨工驗收管理。

2.1 母線槽承重整改方案

母線槽因材質(zhì)導致其質(zhì)量較重，在安裝過程中垂直、水平段整體受力均比較明顯。因此，要求安裝過程中對母線槽垂度要求在安裝規(guī)范要求的基礎上，對其母線槽每段水平段均進行了兩端吊掛，使其每段整體受力平均，使得接頭處螺桿不再承受重力，減少接頭絕緣破損。水平安裝的支架應高低一致，支架間距不應大于2 m。

并對母線槽垂直段將原有固定硬連接支撐整改為彈簧支撐，減少重力或振動緩沖，降低接頭螺桿受力。彈簧支承器安裝前應修正樓板孔，保證同一軸線樓板孔的同心度使母線槽穿越任何一樓板孔時與孔邊保持5～10 mm的距離。且每層應安裝一副。

母線槽整體安裝前必須測量每一單元母線槽相間相地間相零間和零地間的絕緣電阻，且不應小于20 MΩ。母線槽初步對接就位后插接部位應清掃干凈，裝上保護板并用力矩扳手擰緊穿芯螺栓。對于M8螺栓力矩應符合8.8～10.8 Nm范圍內(nèi)。

垂直加固整改如圖7所示。

圖7 垂直加固整改示意

2.2 材質(zhì)解決方案

如圖8所示，對母線槽接頭處穿芯螺桿使用絕緣材料升級為絕緣聚丙烯護套，有效提升了穿芯螺桿絕緣強度，且采用一體式絕緣材料，在受外力擠壓時，絕緣結(jié)構(gòu)不易發(fā)生變形，從而降低了相間短路風險，提升了安全性。

圖8 穿芯螺桿絕緣示意

2.3 自動化手段建設

采用分布式光纖線型感溫探測系統(tǒng)，建立母線槽運維的自動化監(jiān)測管理平臺，通過在母線槽表面連續(xù)敷設并能感應傳導溫度數(shù)據(jù)光纖溫度傳感系統(tǒng)，利用光時域反射（Optical Time Domain Reflection，OTDR）技術(shù)和拉曼（Raman）散射效應測量沿光纖分布的溫度變化，達到即時有效監(jiān)測母線槽與接頭溫升及狀態(tài)，從而及時預知高溫點，杜絕電氣火災發(fā)生的目的。光纖敷設及測溫軟件界面如圖9所示。

圖9 光纖敷設及測溫軟件界面

3 結(jié) 論

本文所提及的母線槽安裝工藝及自動化管理手段不僅僅局限于通信機房內(nèi)部，實際上可以推廣到具備配電系統(tǒng)的工礦企業(yè)、商務樓宇、鐵路民航等等，更可為公共供電部門的用戶管理提供安裝經(jīng)驗及自動化管控平臺。隨著5G、自動駕駛等新技術(shù)、新業(yè)務的迅猛發(fā)展，低壓封閉型母線槽應用越來越廣泛，將承擔著為通信業(yè)務可靠輸電的重要責任。為了規(guī)范其建設規(guī)劃、安裝施工、運維使用，智能化的監(jiān)控和可視化調(diào)度必將是保證通信供電安全的重要手段，也是通信電源專業(yè)“安全持續(xù)高效”發(fā)展的基本要求，具有借鑒意義。