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KFM铜铝复合排空气绝缘母线槽技术分析

发布时间: 2023-02-20  点击次数: 197次

福建石狮供电公司工作人员邱永涛使用自主研制的10千伏环网柜湿度控制系统检测装置,仅仅用了5分钟就完成对德华线1号环网柜、服装Ⅲ回0号环网柜湿度控制系统动作正确性的测试。

10千伏环网柜是重要的电力设备。维持环网柜的安全,对保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。2017年,邱永涛对石狮地区环网柜故障开展分析统计后发现,77.6%的故障是由于环网柜内部环境潮湿导致的。而造成潮湿的主要原因是环网柜内部的湿度控制系统未能排除湿气。湿度控制系统无法正常工作,环网柜内部湿度增加,造成绝缘电阻值降低,引发设备故障。因此,提高环网柜柜体内部的湿度测量的准确性至关重要。

由于环网柜柜体结构紧凑、内部空间小,检测柜内部湿度控制系统难度较大,无法进行精确测量。以往,工作人员用热湿毛巾掩盖湿度传感器来判断湿度控制系统是否正常工作。这一方法依赖人工经验,误判率较高,给设备稳定运行埋下隐患。

能不能使检测做到既省时间又具有高准确性和可靠性?2017年,邱永涛带着这个问题,召集QC小组成员组成课题攻关小组,利用工余时间多次讨论研究,修改设计方案,研制出一种可靠性高的10千伏环网柜湿度控制系统检测装置。201710月,10千伏环网柜湿度控制系统检测装置各项功能测试合格。同年11月,该装置正式投入使用。

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一、数据中心应用需求(KFM铜铝复合排空气绝缘母线槽技术分析

随着电力业务的发展和智能电网的升级,数据中心对供电系统的可靠性和智能维护要求也越来越高。数据中心机柜端配电设计除了要满足传统机房的配电功能,还应满足远期设备扩容的需求;同时,数据中心运维者还提出要尽可能减少设备扩容对已投运设备的影响。供电系统除了满足高可靠性外,还应该具备强大的监控功能,机房运维人员随时可以了解机柜负载情况、各配电分支回路的电气状态和不同负载机群的电量消耗情况等。

当前,机房的配电容量一般保持在一定的范围内,通常按照服务器机柜、刀片机柜、网络机柜、工作机柜、小型机机柜等,常规数据中心单机柜负荷一般在3kW~8kW之间。根据各类设备功率不同,电气连接器接口标准也有所区别。这为供电基础配套实施带来了很大的挑战。传统落地式配电单元(列头柜)已不能满足越来越多的供电需求。

近年来,随着数据中心灵活性和多元化发展。一种更加灵活的机柜端设计方案逐步在电力机房中得到应用。即母线槽配电系统。目前已有大量大型数据中心采购母线槽设计方案,如GoogleFacebook、阿里巴巴和腾讯等数据中心。母线槽在电力行业作为一种导线应用已经有几十年的历史,但是对于数据中心应用而言,则比较新颖,应用案例不多。与传统电缆方式对比,母线槽具备更加可靠的安全性、接口电阻和温升控制也更加优秀。

二、智能母线槽的组成(KFM铜铝复合排空气绝缘母线槽技术分析

电力机房专用母线槽系统一般由三个部分组成:母线槽主体、母线槽连接模块、监控模块。

2.1母线槽主体

外壳提供线槽保护,提高热稳定性,满足各种安装方式,如竖直吊装或者水平安装,侧边可加上各种标识。导电铜排是根据载流量需求选择不同截面,表面镀锡,增强抗腐蚀性并减小接触电阻的电解铜。表面的绝缘材料具备良好的可短路电流能力。

2.2母线槽连接模块

母线槽连接模块用于母线槽主体与主体之间的连接,将原本3m左右的母线槽主体拼接起来,可延长至几百米甚至几千米。母线槽连接处也是很容易发生连接异常的地方,连接不可靠可能导致温升、爆炸等事故,烧毁母线槽。

2.3监控模块

监控模块可以分为母线槽连接处的测温模块和始端箱、插接箱的电参量采集模块。监控模块集成了常规的电力参数测量、温度监测、开关量检测、漏电检测等功能,同时具备在线报警功能,可以实时检测母线接口温度数据。采用ModbusRTU有线通讯或Lora无线通讯的方式,可方便可靠地将监测数据上传本地监控系统,确保母线槽的安全运行。

三、智能母线槽方案优势(KFM铜铝复合排空气绝缘母线槽技术分析

3.1智能母线槽具有高度的灵活性

传统列头柜方案,其配电方式为UPS出线柜之后接配电列头柜,之后通过线缆为每台机柜内设备供电。采用放射状供配电结构,即每个机柜通过一根电缆与列头配电柜线缆一对一连接,今后新增或机柜扩容变更提升功率时需要重新排放电缆。

智能小母线摆脱了传统列头柜布线困难的问题,部署简易快捷,仅需将母线槽安装到所有的预期机柜上方即可完成部署,可以依据用户的进驻实现即需即安装。个别机柜增加输出容量或者回路数量无需对母线槽做出变更,仅需增加或者变更插接箱即可,而且可以带电插拔。

3.2智能母线槽投入快,施工周期短

采用轨道式小母线系统安装部署快速,如使用传统列头柜加线缆模式,完成一个机房典型施工工期约为40-50天涉及到配电柜就位,电缆桥架安装,电缆裁剪铺设,电缆对接等多个繁琐工序。而部署母线系统只需10-15天就可以完成一个机房的交付,节约大量的施工时间和人工投入同时也节省了桥架和电缆的需求。可提前近1个月交付客户使用。

3.3智能母线槽系统安全性更高、使用寿命更长

由于小母线主要结构为铝合金外壳+B级及以上绝缘护套+铜母排",一方面使得整个输电干线的电气稳定性(包括短时耐受电流、过载能力)更强:另一方面,整条母线系统的散热性很好,有效防止因热量堆积造成的短路隐患,较大程度提高了使用寿命。母线使用寿命在30年左右,而电缆使用寿命一般在10-15年。

3.4母线增加了机房的利用率和收益

采用母线方式由于省去了强电列头柜,原列头柜的位置可增加配置1IT机柜。一般每20个左右IT机柜配置1台强电列头柜,去掉列头柜后可增加1/20左右的IT机柜数量,按一个机房1000个机柜为例,原需要50个列头柜,采用母线后机房IT机柜可达1050个,每个机柜租赁利润2/年计算,可增加年利润100万。

因此,智能小母线作为数据中心机房末端配电的后期之秀,能够逐渐对传统的列头柜方案形成冲击,并能以每年20%以上的速度持续增长,正是由于以上优点做支撑。

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10千伏环网柜湿度控制系统检测装置外形类似公文包,由装置本体、运行状态指示灯、电源电量显示模块、电源模块按钮开关、超声波振荡模块按钮开关、水雾传输通道、湿度值显示模块和湿度传感器检测室8个部分组成。在检测前,工作人员将环网柜的湿度传感器拆下放入装置检测室,盖上装置上盖,将水雾传输通道一端连接检测室,另一端连接检测装置主体水雾出口,打开检测装置开关,观察检测室中湿度值是否达到93%RH。当达到93%RH时,工作人员便可以用仪表测量环网柜加热器是否有电信号输出,有电信号输出说明该湿度控制系统正常;反之,则说明湿度控制系统有故障,需进行维修或更换。

传统的湿度检测方法用时平均要687秒,10千伏环网柜湿度控制系统检测装置平均时间只需260秒,用时明显减少并且更加可靠,提升了工作效率。该装置研制成功后,在福建省电力行业广泛推广,取得了良好的经济效益和社会效益,获得了福建省百万职工五小"创新大赛三等奖、福建省电力行业优秀QC成果一等奖和福建省质量协会优秀QC成果一等奖。


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