涂新士　江惠

【摘 要】強迫風冷封閉母線是一種用于百萬千瓦核電機組的特殊的母線型式，技術復雜，國產(chǎn)化尚不成熟，若不了解其技術特點、采購要點，則無法制訂出合理的采購策略，可能導致合同變更，費用難以控制。本論文針對采購時常遇到的問題，分析母線及附屬設備技術特點、選型及市場狀況，總結采購要點并給出對策以實現(xiàn)合理高效采購，控制采購費用。

【關鍵詞】百萬千瓦核電機組；強迫風冷離相母線；采購；技術要點

Procurement technical essential of Individual Phase Bus in 1000MWe NPP

TU Xin-shi JIANG Hui

（CNNC China Nuclear Power Engineering co.， Ltd. Beijing 100840， China）

【Abstract】Forced Air Cool individual phase bus is a special type bus that used in 1000MWe NPP. It is sophisticated product， and its localization is not mature. We cant formulate a properly procurement strategy if we cant understand its technical characteristics， that may lead to contract changes. To solve these problems encountered in purchasing， The article analyzes the specification， model selection and market condition of individual phase bus in 1000MWe NPP， summary procurement points， formulate procurement strategy to achieve a reasonable and efficient procurement.

【Key words】1000MWe NPP； Forced Air Cool individual phase bus； Procurement； Technical essential

0 前言

封閉母線是連接發(fā)電機與主變壓器及高壓廠用變壓器的一組大電流傳輸裝置。封閉母線按照冷卻型式主要分為自然冷卻和強迫風冷。強迫風冷離相封閉母線（以下簡稱“風冷母線”）是一種特殊的母線型式，國際上尚無相關標準，國內(nèi)使用較少，技術復雜，與普通的自冷離相封閉母線差別較大。初次接觸該設備的采購者，往往感覺比較陌生，對其設計選型、設備成套、以及市場狀況不甚了解，而又無從了解。

如果對母線缺乏深入的了解，僅憑技術規(guī)范書進行采購，可能會遇到很多困惑和困難。筆者根據(jù)采購工作經(jīng)歷，總結經(jīng)驗教訓，對風冷母線進行采購技術要點分析，并嘗試給出應對方法，以期指導幫助后來者。

根據(jù)核電站的典型接線方式，離相封閉母線具體包括主回路母線、主變壓器低壓側△母線、高壓廠用分支回路母線、電壓互感器（PT）分支回路母線、發(fā)電機中性點回路母線等。其中主回路母線中間安裝有發(fā)電機出口斷路器。

1 選型分析

1.1 技術參數(shù)

以方家山核電工程為例，發(fā)電機組額定功率1089MW，額定電壓24kV，額定電流29418A，最大電流30966A，全連式強迫風冷離相封閉母線額定電流33000A。

1.2 設備選型

1.2.1 母線選型

封閉母線額定電流大于8000A時，一般都采用全連式離相封閉母線，這是因為全連式封閉母線徹底解決了周圍鋼結構發(fā)熱的問題，減少了相間短路的可能，同時離相封閉母線密封性能好，防護等級能達到IP65。

全連式封閉母線按冷卻方式主要分兩種，自然冷卻（以下簡稱自冷）和強迫風冷（以下簡稱風冷）。在國際上離相封閉母線采用何種冷卻方式并沒有明確的規(guī)定或統(tǒng)一的標準，例如在歐洲額定電流大于25000A時封閉母線一般采用風冷，而在美國和日本額定電流大于15000時就采用了風冷。目前國內(nèi)機組封閉母線額定電流不大于28000A時皆采用自冷。但為了降低封閉母線制造成本及加工難度，減少封閉母線的占據(jù)空間，以及具體工程母線布置尺寸的限制，國內(nèi)大容量核電機組普遍采用強迫風冷離相封閉母線。

我們下面通過對自冷母線和風冷母線進行技術經(jīng)濟比較，來說明風冷母線的技術特點。

1）技術比較

封閉母線冷卻方式在技術上進行比較，主要考慮以下因素：設計的復雜性，制造及安裝的難易程度，運行的安全可靠性，維護檢修的方便性等。

（1）設計的復雜性。自冷封閉母線熱平衡計算較簡單，容易驗證，正確性高，一段母線就能反映整套母線的溫度分布情況，通過熱試驗很容易進行熱平衡計算結果的驗證。而風冷母線設計較為復雜，驗證困難。由于風冷母線導體及外殼的溫度是沿長度變化的，必需根據(jù)具體工程母線布置實際情況整體分析計算，根據(jù)計算結果確定母線尺寸，風冷系統(tǒng)相關設備的參數(shù)，如風量及熱交換器容量、效率等，另外還需設計一套自動控制系統(tǒng)確保母線和風冷系統(tǒng)的安全運行。另外，母線長度及布置的不同，冷卻系統(tǒng)參數(shù)的差異，皆會影響局部熱點的位置及溫度值，并且風冷母線表面溫度隨環(huán)境溫度變化較小，不存在簡單的線性關系，因此很難通過熱試驗來直接驗證熱平衡計算結果，只能通過間接的方法來校核，這就要求母線廠家具有較強的設計能力及豐富的風冷封閉母線實際運行經(jīng)驗。

（2）制造及安裝的難易程度。相同的工作電流下，自冷封閉母線尺寸相對較大，由于鋁材機械強度較低，加工制造，運輸及安裝時母線外殼容易變形，也增加了現(xiàn)場安裝調(diào)整難度及焊接工作量。一般來說，風冷母線的導體尺寸按自冷方案導體尺寸的60%設計，尺寸較小，制造及安裝方便，同時相關連接設備接口尺寸也可以縮小。以方家山核電工程為例，機組額定電流為29418A，要求母線額定電流33000A。如采用自冷方案，主回路封閉母線外殼外徑將達到2米左右，加工困難，布置時占居空間較大，與相關設備連接較困難。如采用風冷方案，母線外殼外徑大約1.37m，節(jié)省布置空間，易于制造及安裝。

（3）運行的安全可靠性。自冷母線靠導體和殼體輻射及空氣對流散熱，出現(xiàn)故障的機率很小，運行安全可靠高。風冷封閉母線多了一套風冷系統(tǒng)，整體故障概率增大，當風冷系統(tǒng)出現(xiàn)故障而不能及時維修投運時，機組只能在60%額定負荷下穩(wěn)定運行，影響機組出力，運行的安全可靠性不如自冷母線。但風冷裝置一般采用冗余設計，一套運行，同時另一套熱備用，極大的提高了風冷母線的運行可靠性。

（4）維護檢修的方便性。自冷封閉母線投入運行后，只需監(jiān)視母線導體及外殼溫度是否超標即可，維護檢修工作量小。風冷封閉母線在運行時除了要監(jiān)視母線導體及外殼溫度外，還要監(jiān)控風冷系統(tǒng)的運行情況，如風機是否運行正常，進出口空氣溫度、水溫及風量等參數(shù)是否正常，風機出現(xiàn)故障時，備用風機能否自動切換等，另外風冷系統(tǒng)還要定期檢修，因此風冷封閉母線維護檢修工作較大。

通過上面的分析可以得知，自冷母線方案設計簡單，可靠性高，但對空間布置設計要求較高，制造及安裝難度大，適用于小容量機組。而強迫風冷方案設計復雜，可靠性不如自冷母線，運行維護的工作量也較大，但能夠節(jié)省空間，適用于大容量機組。強迫風冷母線方案對供貨商的技術能力提出了更高的要求。

2）經(jīng)濟比較

下面我們再對兩種方案的經(jīng)濟性進行分析比較。同容量機組全連離相封閉母線如采用自冷方案，由于母線外殼及導體尺寸較大，材料成本，加工運輸費用及現(xiàn)場安裝費用較高，但運行損耗較低。而采用風冷方案，母線外殼及導體尺寸較小，材料成本、加工運輸費用及現(xiàn)場安裝費用較低，但母線外殼及導體運行損耗較高，另外其所需配套的風冷系統(tǒng)也增加了投資成本及檢修維護費用。對自冷和風冷兩種方案進行經(jīng)濟分析比較，按總費用的多少來衡量，即總投資費用加總運行費用來比較。

根據(jù)測算，在母線額定電流30000A時，兩種方案總費用基本相當，強迫風冷方案略優(yōu)，但損耗控制是影響其經(jīng)濟型的重要因素。

另考慮到強迫風冷母線直徑小約25%，采用此方案后，廠房可以縮小，能節(jié)省部分土建投資。再者，百萬千瓦機組的發(fā)電機出口斷路器均為風冷模式，發(fā)電機出口斷路器可以使用風冷母線的風冷卻系統(tǒng)進行冷卻，如果采用自冷方案，則需要額外的一套風冷裝置，相比而言能節(jié)省設備投資。

綜上所述可以看出，在封閉母線布置空間允許的情況下，額定電流在不大于30000A時宜采用自冷；額定電流超過30000A時，選用強迫風冷模式是最優(yōu)方案。且機組容量越大，選用風冷母線的優(yōu)勢越大。百萬千瓦核電機組容量普遍大于1000MW， 徐大堡AP1000的機型容量達到了1291MW，ACP1000機型容量達到了1161 MW，而發(fā)電機出口電壓均維持在24kV，這意味著母線額定電流更大，風冷方案的優(yōu)勢更為明顯。這是百萬千瓦核電機組均選用強迫風冷方案的內(nèi)在邏輯。

1.2.2 輔助配套

除了母線本體外，強迫風冷型式封閉母線采購包還包括如下關鍵設備（部件），這些設備（部件）有些是構成封閉母線系統(tǒng)，保障母線正常運行和檢修的必不可少的一部分，有些屬于打包采購部分：

（1）強迫風冷裝置。該裝置為封閉母線冷卻提供冷風源，并能冷卻經(jīng)與母線換熱的熱風，為風冷母線必不可少的部分。主要由風機，空氣-水熱交換器，控制柜、風門以及各種流量計、溫度計等設備（部件）構成。主要部件如風機及電機等加強質(zhì)量控制，采用冗余配備，提高裝置可靠性。部件的冗余程度越高，設備的可靠性越高。在國產(chǎn)化初期，為了保證可靠性，一般要求裝置采用進口產(chǎn)品。依托在建項目，幾個主要母線廠家已經(jīng)逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

（2）熱風保養(yǎng)裝置（或其替代產(chǎn)品）。該裝置在機組停運檢修期后重新投用前，用以提升母線外殼內(nèi)的溫度，降低濕度，恢復絕緣，為母線必不可少的部分。但熱風隨著母線縱深，溫度逐漸降低，濕度逐步加大，在較長母線的末端，干燥效果會大打折扣。據(jù)了解，特別是在潮濕地區(qū)，效果已不能滿足使用需求。故現(xiàn)在有部分廠家開發(fā)出了的替代產(chǎn)品，并申請了專利，比如華東電力設備制造廠開發(fā)出了空氣循環(huán)干燥裝置，北京電力設備總廠開發(fā)出了智能防結露裝置，均是通過將母線內(nèi)部的空氣循環(huán)流動并進行持續(xù)干燥，效果更好但價格也更高。

（3）發(fā)電機出口斷路器兩側的電流互感器（CT）及二次側接線箱。該設備屬于與母線打包采購。其中主變側用于差動保護的電流互感器應與發(fā)電機中性點電流互感器屬于同一個廠家同一個型號產(chǎn)品，以保障其特性曲線的一致性。

2 國產(chǎn)化狀況

2.1 市場狀況

隨著國內(nèi)火電的發(fā)展，百萬機組燃煤電廠已經(jīng)遍地開花。同時伴隨著的是配套設備的技術進步，國內(nèi)各廠家均具備了百萬火電機組用自冷封閉母線供貨能力，且已經(jīng)有相當多的穩(wěn)定的運行業(yè)績，形成了充分競爭的格局。

目前國內(nèi)較有實力的母線廠家有5個，分別是北京電力設備總廠、鎮(zhèn)江華東電力設備制造廠、江蘇大全封閉母線有限公司、山東達遲阿爾法封閉母線有限公司、阜新封閉母線有限公司，其技術支持方分別是法國阿爾斯通、法國Simelectric、GE（也曾和AZZ有合作）、意大利阿爾法斯坦、日立。其中前3家設計及制造能力較強，百萬千瓦火電離相母線供貨及運行業(yè)績較多，均有百萬千瓦核電機組離相母線供貨業(yè)績，其中前兩家已經(jīng)有運行業(yè)績。

2.2 國產(chǎn)化狀況

風冷封閉母線自大亞灣核電站開始在國內(nèi)有應用業(yè)績。但大規(guī)模國內(nèi)使用還是從2007年以來核電大發(fā)展開始。此前的供貨均由國外廠家負責。如大亞灣及嶺澳二期由法國的Simelectric供貨，嶺澳一期由法國ALSTOM供貨。田灣1、2號機組由俄羅斯供貨商供貨。嶺澳二期的母線導體以及外殼的制造已經(jīng)由鎮(zhèn)江華東電力設備制造廠完成，實現(xiàn)了一定程度的本地化。

由于設備國產(chǎn)化以及發(fā)展國內(nèi)裝備制造能力的迫切需求，從紅沿河（1-4號機組）、寧德（1-4號機組）核電站開始，已經(jīng)立足于國內(nèi)招標，邀請國內(nèi)廠家參與投標，并提出如下要求：

為推進本項目的國產(chǎn)化進程和保證設備性能，各投標方應在保證設備技術條件和性能的前提下，對強迫風冷系統(tǒng)、絕緣件、密封件等關鍵部件和技術采用進口產(chǎn)品，強迫風冷計算、動熱穩(wěn)定計算等設計計算分析工作需由外方完成或由外方進行校審、批準這兩個級別的簽字把關，其他部件則鼓勵各投標商實現(xiàn)國產(chǎn)化。

為響應招標要求，國內(nèi)廠家紛紛與國外技術成熟的廠家尋求合作，以引進技術及強迫風冷裝置。

最終北京電力設備總廠以較大的商務優(yōu)勢奪標，率先拿到強迫風冷封閉母線供貨合同。依托8臺機組母線合同，制訂了國產(chǎn)化計劃，前2臺風冷裝置整體進口，后續(xù)逐步實現(xiàn)本地化、國產(chǎn)化。

由此，國內(nèi)廠家在強迫風冷封閉母線的競爭上逐漸拉開差距。由選型分析可知，離相母線的技術核心以及難點首先是熱平衡計算及驗證，其次才是風冷裝置的設計制造。只有具備了熱平衡計算能力，才能進行設備設計及選型。這兩年，國內(nèi)廠家紛紛進行技術攻關，研發(fā)熱平衡計算方法及工具，據(jù)了解，鎮(zhèn)江華東電力設備制造廠與北京電力設備總廠已經(jīng)研發(fā)成功。后者及江蘇大全封閉母線有限公司也已經(jīng)完成強迫風冷裝置的國產(chǎn)化。

3 采購要點分析

3.1 母線采購要點

在滿足技術規(guī)范書限制性技術要求的基礎上，我們還需要關注一下兩點，以便選出最具性價比的方案：

一是，要關注母線的損耗指標。由選型分析可知，母線損耗是影響其經(jīng)濟性的重要指標，損耗越小經(jīng)濟性越高。機組電壓、容量等參數(shù)不變的情況下，影響損耗的因素有母線導體電阻，風機功率。導體電阻取決于母線截面尺寸，同等條件下，尺寸越大，電阻越小，母線發(fā)熱損耗也越小，風機也可以設計較小功率，母線損耗也越低。反之，尺寸越小，損耗越大。我們在采購時要盡量選擇母線截面尺寸大，而風機功率小的方案。

二是，要關注溫升控制水平。母線的溫升控制也是母線的一個重要指標，同等條件下，溫升越低，相關絕緣件壽命就越長，母線損耗也越小。我們要關注廠家的溫升控制及驗證水平，選擇溫升最低的方案。

3.2 強迫風冷裝置采購要點

要關注強迫風冷裝置的可靠性。由選型分析可知，強迫風冷裝置的可靠性是影響母線可靠性的最大因素，一旦強迫風冷裝置故障，母線靠自然冷卻僅能承載60%的額定持續(xù)負荷。我們要看供貨商是否選用了可靠性高的部件，系統(tǒng)設計上冗余度是否足夠高。

3.3 熱風保養(yǎng)方案選擇

加強橫向溝通，認真論證項目需求。熱風保養(yǎng)裝置可能無法滿足環(huán)境濕度大的項目需求。部分廠家分別研發(fā)了熱風保養(yǎng)裝置的替代產(chǎn)品并申請了專利，比如鎮(zhèn)江華東電力設備制造廠的空氣循環(huán)干燥裝置、北京電力設備總廠的智能防結露裝置。熱風保養(yǎng)裝置每臺機組報價不到5萬元/臺，而上述裝置大約25萬元/臺。一般來說設備技術規(guī)范書明確要求熱風保養(yǎng)裝置。為了中標，各廠家在投標文件中往往響應要求，而把替代方案作為選項或不提及，在澄清階段或者合同執(zhí)行時推出，不利于采購費用控制。這就需要加強橫向溝通，提前認真論證項目需求，如果熱風保養(yǎng)裝置可以滿足需要，則按要求配置即可，如不能滿足，則需要提前考慮要求廠家以更優(yōu)化的方案響應投標。

3.4 電流互感器選型問題

由選型分析可知，封閉母線采購包里有一組電流互感器，需要跟發(fā)電機中性點電流互感器配對使用，但是后者屬于汽輪發(fā)電機采購包，型號確定較晚，一旦確定為進口產(chǎn)品，可能導致母線合同發(fā)生變更，費用難以控制。如某項目技術規(guī)范書未明確該電流互感器的詳細要求，導致合同變更，費用增加。后續(xù)項目的技術規(guī)范書要求這2組電流互感器應屬于同一廠家的產(chǎn)品，各母線廠家仍按國產(chǎn)產(chǎn)品報價，合同執(zhí)行中仍可能更換為進口產(chǎn)品，可操作性差。因此需要打破按安裝位置打包的思路，將這對電流互感器放在一個采購包中，能夠從根本上避免不確定性。

3.5 國產(chǎn)化方案

由前文分析可知，國內(nèi)廠家掌握強迫風冷封閉母線關鍵技術的程度不一，在競爭上逐漸拉開差距。不利于營造有序的競爭環(huán)境。為保證設備國產(chǎn)化進程，已不宜再以國外技術支持或部件進口作為硬性要求。

為形成有序競爭，同時確保設備成熟可靠，經(jīng)濟型好，我們應重點對廠家的熱平衡計算技術成熟程度和風冷設備可靠性做仔細的考量，加以量化區(qū)分。如熱平衡是否有成熟的計算工具，是否有驗證方法；風冷設備裝置設計冗余程度，所選部件的可靠性是否高等。用這些策略引導各廠家根據(jù)自身能力選擇合理的技術方案。

4 結論

通過分析強迫風冷封閉母線的技術特點，市場狀況，我們對采購過程中的遇到的各種問題進行了深入分析并給出了對策。根據(jù)這些對策，我們能夠提高針對性，實現(xiàn)合理采購，有效地控制采購費用。這對其他設備的采購也應該具有廣泛啟示。

【參考文獻】

[1]GB/T8349-2000 金屬封閉母線[S].

[2]900MW壓力堆核電站系統(tǒng)與設備[Z].

[責任編輯：楊玉潔]