维纳尔母线系统在卸船机辅助配电中的优化应用

严华（西门子工厂自动化工程有限公司，上海 200030）

维纳尔母线系统在卸船机辅助配电中的优化应用

严华（西门子工厂自动化工程有限公司，上海 200030）

本文主要介绍维纳尔母线系统在卸船机辅助配电中的优化应用，对卸船机辅助配电柜中的多种型号规格的断路器进线汇流的难点提出了相应的母线系统的解决方案，具体介绍罗源湾抓斗卸船机项目。

抓斗卸船机；维纳尔母线系统；母线不打孔连接；节省安装空间；维护方便；接线少

1 概述

卸船机是码头前沿的重大接卸设备，是将物料从船上卸到码头传输皮带上的一种港口起重机，对系统工作效率起着重要的作用，各大港口为达到系统最大生产率，均按码头的停靠最大船型选用高效可靠的卸船机，目前我国有许多煤炭和矿石码头采用抓斗式卸船机，抓斗式卸船机主要由金属结构、大车运行机构、抓斗起升、开闭及小车运行机构、臂架俯仰结构、司机室、机房、电控系统、喷水压尘系统、润滑系统、防风拉索极锚定等20多个部分组成。

卸船机机构众多，公司几乎每一个卸船机项目的配电柜布局都不尽相同，有些负载的容量经常变化，负载的保护断路器型号规格跟着改变，配电柜内的布局方式也就随之变化，可以说卸船机配电柜的硬件布局设计是公司港机业务所有机型中最难的。

在以往的卸船机项目中，配电柜往往只用一个柜号表示，吨位小一些的卸船机配电柜要用2个1200mm宽的柜子，吨位稍大一些的卸船机配电柜要用2个1200mm宽的再加上1个600mm宽的柜子，才能装下整个配电柜内的器件。在这些柜中有去各机构配电的较大容量的断路器，柜内的大线比较多，大线比较粗，弯曲半径大，且起重机的电柜都是板前安装，正面维护，各个柜的安装板都保持在一个平面上，布局时尽量保证器件之间的连线为最短，但还是会有器件之间的连线在各柜之间拉来拉去，大线塞入线槽引起线槽爆满，有时线槽盖都很难盖住。针对这种情况，只有采用合理的汇流方式，减少柜内大线的使用，使配电柜硬件布局实用、美观、维护方便，从而保证整个卸船机系统的安全稳定的工作。

2 几种常用的汇流方式

卸船机配电柜的硬件布局设计中，为了省略线槽空间，接线省时省力，防止接线错误，同时使配电柜美观实用，会在配电柜内的断路器进线端使用汇流的方式。下面是几种常用的汇流方式，以西门子断路器3RV、5SJ、3VL系列断路器为例。

（1）断路器3RV系列设计有三相母线排及相应附件（如图1所示），三相母线排将多个螺钉接线的断路器并排安装在标准导轨上进行馈电，绝缘和指触安全防护，并适用于断路器出线侧可能发生的任何短路情况。三相母线排安装完成，由一个三相进线端子接到上级回路中，三相进线端子最大接线到50mm2，三相进线端子有一定的高度，为使进入三相进线端子的线不至于太短而看不见套管号，在布局时线槽之间的间距需要把这个高度考虑进去。

（2）5SJ单极至三极微断设计有汇流排，一侧/集中馈电负载为65A/120A，单相和多相型号汇流排齐全，35mm2以下接线无需附加进线端子，可直接接到断路器进线端。

（3）分线端子也叫大电流接线端子（如图2所示），使用该产品进行电源分配，一进多出，有多种规格，使用便捷，该产品节约空间的设计，为单相模块或三相模块结构，额定截面最大可到240mm2。

（4）大电流导电使用铜排汇流方式（如图3所示），在安装板上固定三根（或相应根数）的铜排，断路器安装在相近位置的导轨或安装板上，断路器进线连到铜排上，铜排上需要根据线径大小打孔同时需要制作防触电保护罩，这是在母线系统出现前常用的大电流汇流方式。

图1 三相母线排

图2 分线端子

图3 铜排汇流

3 母线系统

随着电器安装技术的发展，出现了母线系统，截面积最大到300mm2的导线可通过导线连接夹或接线板连接在不打孔的母线上，使用接线板可以在不截断导线的情况下连接2个母线系统，母线加长连接夹可便捷地实现母线系统的扩展。

母线系统是母线间距标准化的产品，经常应用于低压供配电开关设备及控制设备中，使母线起到既能导电又能支持电器元件的作用。母线系统与传统的汇流布线方式相比有如下新的工艺特点：

(1) 电器元件直接挂接在母线上；

(2) 母线不打孔连接；

(3) 节省安装空间；

(4) 安装快捷、方便；

(5) 减少布线、易维护；

(6) 便于更换元件及增加回路。

维纳尔母线系统按铜排之间的上下间距分为40mm、60mm、100mm和185mm系统，卸船机配电柜主要采用60mm矩形母线系统。如图4所示。60mm系统以其最小的外部尺寸提供了最大的使用空间以及最多的电流等级，从而建立起安全、直观、节省空间的系统架构，60mm系统具有最多的元件选择性，系列产品最齐全，可实现卸船机配电系统中电流的最佳分配，安全可靠性高。

图4 60mm母线系统

卸船机辅助配电柜中的维纳尔母线系统主要由以下部件组成：

（1）母线架

是母线系统的基础元件，有多种规格，可安装5mm或10mm厚的矩形母线、双T型和三T型母线。母线架有1～4线之分，1线可用与N或PE，2线可同时用与N和PE，3线即为三相，4线可用于三相+N或PE。卸船机辅助配电柜中使用了3线和4线母线架，母线两端装上母线架后，用末端盖封盖住母线的末端，确保电气安全。在空余母线处使用了母线盖，既作为防护也作为备用回路。

（2）接线板

可以连接母线，也可以连接导线，作为一段母线系统的进线或出线，实现了在一个平面上母线与母线或母线与导线之间的垂直不打孔连接，卸船机配电柜同时使用了连接导线的接线板和连接母线的接线板，接线板带防护罩，确保电气安全。

（3）母线转接器

连接母线与开关元件，主要用于柜内的3RV，三极5SJ开关，最大容量到80A，借助转接器，开关元件可直接挂接在母线上，操作时，安全可靠、方便快捷。卸船机配电柜同时使用了单支承轨母线转接器和双支承轨母线转接器。在选型时尽量选用带有导线的转接器，可以少接线。

（4）通用转接器

大电流断路器3VL系列要挂接到母线上去，必须通过相应的通用转接器，最大电流到630A，可连接多种不同规格及不同品牌的开关元件，卸船机配电柜中使用了3极和4极的通用转接器，通过上端的螺丝连接到断路器的上端，无需接大线。

（5）接线模块

只有1个型号，01563，可连接1.5～16mm2的线，卸船机配电柜内无法用母线转接器或通用转接器的单极至三极断路器，在允许的电流范围内可以用这个接线模块，在有母线系统的配电柜硬件布局设计中会发现这个连接模块非常实用。

4 母线系统在卸船机配电柜中的应用

罗源湾卸船机项目在硬件设计最初就综合考虑了以往卸船机项目配电柜中存在的这些问题，把配电柜分为了2组柜号，一组柜号放置主配电系统的开关及控制回路，主要有400V供电电源，各机构驱动的风机电源，辅助机构总电源，润滑系统电源，岸电电源，料水机构电源等；另外一组柜号放置辅助机构电源，主要是卸船机整个系统的照明、维修电源和插座的供电。主配电和辅助配电层次分明，柜间即使有大线，也是在现场的柜体底部线槽中走线，省却了柜内空间。

图5 卸船机辅助配电单线图

辅助配电柜电源来自主配电柜，辅助配电主要对维修行车、司机室、电梯、俯仰应急、空压机、电柜照明、加热器、各机构维修电源及插座供电；并配置一个照明变压器-T1，安装在+20机器房里，对各机构步道灯、投光灯、日光灯、照明等进行供电，变压器上端有保护隔离开关-Q1。

按回路功能及断路器的型号类型把配电柜分成了3个母线系统。图5所示母线系统1～3，主配电柜过来后的-Q1至-Q40.6器件分成两组母线系统， -Q1～-Q30.6为1～3极开关，为母线系统1；维修电源箱供电的-Q40.1～-Q40.6为6个4极开关，为母线系统2；照明变压器二次侧的-F41.1～-F71为母线系统3。

卸船机辅助配电柜主要采用60mm母线系统，辅助配电的进线从主配电过来，容量最大250A，按铜排回路持续工作电流选择，铜排载流量计算如下：

Ixu ≥ Ig

式中 Ig——铜排回路持续工作电流；

Ixu——相应于铜排在某一运行温度，环境条件及安装方式下长期允许的载流量。

图6 矩形母线载流量选配表

按铜排平放，且宽度〉60mm，乘以系数0.92，运行温度40℃

Ixu=276x0.92=253.92A 〉 Ig=250A

初步选择25×3规格的铜排，母线系统的母线架只适用于厚度为5或10，宽度为12、15、20、25、30的铜排，因此铜排规格进一步选择25×5。母线系统上所挂断路器较多，有一定的重量，已考虑在器件之间多增加几组母线架以加强母线的支撑力，同时考虑了母线本身的强度，使断路器操作时不易使铜排折弯，铜排厚度选定10mm。规格25×10和30×10的铜排都符合要求，但从经济的角度上来讲，规格30×10的铜排价格要多出20%，因此最终选定规格25×10的硬铜排，表层镀锡。

图7 母线系统1和母线系统2

4.1 母线系统1

母线系统1中用到的母线转接器比较杂，-Q1选用直接可以挂靠在母线上的母线式隔离开关；-Q11为3VL2开关，选用适当的通用转接器挂接到母线上；3极开关-Q12～-Q15小于63A，但是无法用3RV汇流排，选用单支承轨母线转接器挂接到母线上；-F11～-F26为单极开关，-Q30.1～-Q30.6为两极漏电保护开关，容量均小于63A，无法使用母线转接器连到母线上，考虑三相平衡，分别使用单极或两极汇流排汇流后，连接到挂接在母线系统上的4个01563连接模块。

4.2 母线系统2

母线系统2中，这一组比较清晰，供电给维修电源箱的-Q40.1～-Q40.6容量都为100A，并带漏电保护，原设计型号为西门子3VL1系列的4极断路器，并加相应规格4极RCD漏电保护模块安装在3VL1开关出线端。在以往的项目中有用过3VL1系列的4极断路器附加4极RCD漏电保护模块的项目，当时的汇流方式是在图3的基础上多加了一根N排，每个开关接了4根35mm2的线，占了较多空间，因弯曲半径的原因，线不好接，费时费力，还不美观。

在拿到罗源湾卸船机项目时看到有类似的断路器，笔者就考虑能否把3VL1的4极断路器也挂到母线上去，这样就可以少接很多大线，省时省力。查了一下维纳尔样本，维纳尔并没有适用于3VL1的4极断路器的通用转接器，但是有适用3VL2系列的4极断路器的通用转接器，因此把-Q40.1～-Q40.6断路器升了一个壳架等级，保持断路器额定电流不变，选用3VL2的4极断路器并配相应4极RCD漏电保护模块，使用维纳尔适用于西门子3VL2的4极开关的通用转接器32578。同时在母线上多加了2个01485的4极母线架，以增加母线系统的强度。RCD模块通过上端的铜排直接连到3VL2的出线，外部线直接接到RCD模块的下端。

平时绘制原理图也好，接线也好，总会有这样一个误区，认为3VL四极开关的N极在开关的最右边，但实际上，3VL开关的N极是在左边的，维纳尔的4极通用母线产品充分考虑到了4极开关的这个特性。这是首次在卸船机项目配电柜中使用4极母线系统，使用之后，6个开关除了辅助触点的控制线，主回路的35mm2线一根都不用接，节省安装空间，节省线。可以看见在图7中，只有作为连接外部进线的铜排一端打了孔，其余铜排没有打孔，节省工时，提高生产效率。

母线系统1和母线系统2来自同一个电源，由于柜内空间有限，人为地分成了2组，2组母线在各母线系统的进线处选用3极接线板01538和4极接线板01162，通过25×10的铜排相连，2个接线板在不截断母线的情况下连接了2组母线。设计时使2组母线系统长度一致，母线系统1有母线裸露部分，使用01245母线盖防护，作为备用。

图8 母线系统3

4.3 母线系统3

母线系统3，主要给照明灯供电，-F41.1～-F49.1为3极5SJ开关，容量32A，下端分别连接5SM漏电保护器-F41.2～-F49.2，选用维纳尔双支承轨母线转接器。在常规选用长度为200mm的双支承轨母线转接器时发现，双支承轨母线转接器的长度减去2个器件的高度之后，2个器件之间的可走线的空隙只剩下20mm左右，上下器件之间根本无法连线，针对这种情况，卸船机辅助配电柜内特别选用长度为260mm的双支承轨母线转接器，使5SJ开关到5SM漏电保护器之间有足够空间走线。司机室照明-F60使用单支承轨母线转接器挂接到母线系统上，-F61～-F71为2极漏电保护开关，无法使用母线转接器，考虑三相平衡并使用两极5SJ汇流排汇流后，连接到挂接在母线系统上的3个01563。进线容量最大为160A，选用01240接线板作为母线系统的进线，可接6～50mm2线，整个柜内就这一组母线的进线处接了50mm2线到底部端子，如果这组母线放在靠近柜体底部的位置，也无需接线，外部的线直接可以进来接到01240接线板上。

5 结语

综上所述，卸船机辅助配电柜用了母线系统后，断路器通过母线转接器，通用转接器等挂接到母线上，相应断路器的进线都不用接线，减少走线，节省了柜内的安装空间，同时减少接线错误。母线仅作为进线铜排时需要打孔连接外部线，而作为母线系统的支撑和汇流排时只需用矩形母线，无需打孔，更不用折弯，节省了很多工时，且不易出现错误。卸船机辅助配电柜内基本不用走大线，剩余连接的都是控制线，线槽不会再爆满，而且维护方便，从而保证了卸船机系统安全稳定地工作。

[1] 电力工程设计手册电气一次部分[M]. 北京：中国电力出版社.

[2] GB5585-85, 电工用铜、铝及其合金母线第1部分：一般规定[S].

[3] Siemens low-voltage controls and distribution LV1[Z]. Siemens AG. 2008.

[4] Wöhner Product manual[Z]. Wöhner GmbH & Co. 2012.

Wöhner Bus-bar System Optimization Application in Ship-unloader Auxiliary Power Distribution System

The paper mainly introduces the optimization application of the Wöhner bus-bar system in ship-unloader auxiliary power distribution cabinet. The solution to the bus-bar system is proposed aiming to the difficult point that how to connect many types' breakers to the main system. The project of Luoyuan-Bay grab ship-unloader is mainly introduced in this paper.

Grab ship-unloader; Wöhner bus-bar system; Connected with nonperforated copper bars; Saving installation space; Easy to maintain; Less wiring

B

1003-0492(2015)05-0092-04

TP273

严华（1974-），女，江苏常州人，中级工程师，学士，现就职于西门子工厂自动化工程有限公司工程部，主要研究方向是硬件设计。