中壓開關柜的現(xiàn)狀及未來的發(fā)展方向

【摘要】文章介紹了中壓開關柜的現(xiàn)狀，詳細指出了各種類型的中壓開關柜存在的主要問題；闡述了中壓開關柜未來的發(fā)展方向。

【關鍵詞】中壓開關柜 固定柜 手車柜

1中壓開關柜的現(xiàn)狀

中壓開關柜是指3.6～40.5kV電壓等級的高壓成套開關設備，簡稱中壓開關柜。目前我國生產(chǎn)的中壓開關柜主要分為手車式和固定式兩大類。固定式開關柜的主要一次元件（如斷路器、隔離開關等）為固定安裝；手車式即斷路器（或其它主要一次元件）做成可移動手車。按柜體結構還可分為金屬封閉鎧裝式、金屬封閉間隔式和金屬封閉箱式結構。鎧裝式：即母線室、斷路器室、電纜室、儀表室之間全部用接地的金屬封板隔離，安全性較好；間隔式：即斷路器室或其它隔室用絕緣板封隔，安全性次之；箱式：即柜的四周及上下用金屬板封閉，除儀表室外，柜內(nèi)部卻沒有分隔，安全性較差。

目前各制造廠生產(chǎn)的各類型中壓開關柜主要問題如下：

(1) 10kV主流產(chǎn)品中置式手車柜，其主要缺點是小車的一次插頭接觸發(fā)熱。由于一次插頭在觸頭盒內(nèi)，其散熱性差，普遍存在在額定容量下不能保證長期安全運行，特別是大電流的一次插頭發(fā)熱更嚴重，曾多次發(fā)生崩燒、干式PT爆炸等重大設備事故。造成這種嚴重發(fā)熱的原因是:一次插頭偏移——接觸電阻增大——局部發(fā)熱——接觸電阻再增大——擴大發(fā)熱面積惡性循環(huán)，發(fā)熱越來越嚴重，最終造成開關柜崩燒。

其次是機械聯(lián)鎖不可靠，有的小車在斷路器儲能或合閘狀態(tài)也能強行推進。另外，中置式手車柜普遍未裝設緊急脫扣裝置，并且無關上前門后才能操作的機械聯(lián)鎖裝置。

(2) 10kV固定柜以XGN2-12為代表，其主要的缺陷是體積過大，機械聯(lián)鎖操作板可靠性差，特別是操作1600A以上隔離開關時，操作力過大，因是雙斷口，扭矩大，有時造成瓷套扭斷的事故；配一體化斷路器時參數(shù)檢測困難，斷路器的拆裝都很不方便；電纜室無排氣通道，不能靠墻安裝，沒有小母線室，只能將小母線裝在儀表室上方，也不安全。

(3) 35kV手車柜中目前以KYN61-40.5和JYN1-40.5為代表，JYN1-40.5柜存在手車定位不準，活門撞開后，手車退出時鴨嘴撞塊與活門發(fā)生倒掛，所以在安裝現(xiàn)場，用戶常將活門取掉。鴨嘴易與靜刀發(fā)生偏移，且最主要的是ZN12-35斷路器所配的手車可以在斷路器合閘狀態(tài)將手車推入，其機械聯(lián)鎖無法進行可靠聯(lián)鎖。另外，此柜的靜刀一部分是裝在電流互感器上，不同的電流互感器廠家，電流互感器的高度就不一樣，使得靜刀與斷路器動臂不能標準化生產(chǎn)，即造成互換性差；且手車靠人力推進，車進人跟進，安全性差；柜體為焊接結構，精度差，也是導致手車定位差的原因。

(4) KYN61-40.5柜的主要問題是：觸頭盒及穿墻套管易產(chǎn)生電暈放電，目前各制造廠正采用屏蔽的方法予以解決。有的手車的二次插頭在車的左邊，使用不方便，軟管在車體推入時會發(fā)生多次摩擦而損壞。

柜內(nèi)母線室的三相母線呈三角形排列，但B相觸頭盒的分支線一定在A、C母線之間，且距離較近，易造成電場不均勻放電，C相母線對封板底部距離太近（約220mm），絕緣距離太小，應布置成水平式排列。ZN85型斷路器推進絲桿下面的“舌頭”（超越離合器）有時在途中掛住絲桿，使手車并未到工作位置或試驗位置時產(chǎn)生絲桿空轉。另外，ZN85斷路器手車沒有手車位置輔助觸頭，只能在柜內(nèi)安裝行程開關來代替S8、S9輔助位置開關，既不方便又不可靠，需反復調(diào)試。

(5) 40.5kV的固定柜如XGN17體積偏大，母線無隔室，無專門的泄壓通道，隔離開關操作力大，也無專門的小母線室，小母線只能混裝在儀表室內(nèi)；斷路器與隔離開關操作板聯(lián)鎖不可靠，聯(lián)鎖環(huán)節(jié)太多。

以上歸結起來為三大類問題：

(1) 絕緣事故

主要是柜內(nèi)放電、CT閃絡和相間閃絡、絕緣尺寸不夠（包括爬電距離和空氣凈距、隔板間距）、柜內(nèi)隔板吸潮等，占所有事故14.3％左右，開關柜及斷路器占其中73.2%（根據(jù)《高壓開關行業(yè)通訊》2006第3期“國家電網(wǎng)公司高壓開關運行分析”）。

(2) 載流故障

載流故障占所有事故的2.3%，開關柜占其中77.8%。主要集中在3.6～40.5kV中壓開關柜上，觸頭過熱、引線過熱，常擴大為絕緣事故。主要是一次插頭接觸不良，插頭偏心等原因?qū)е逻^熱，以致起弧燒壞設備。

(3) 機械故障

主要表現(xiàn)為斷路器的操作機構動作可靠性差，五防機械聯(lián)鎖穩(wěn)定性差，操作次數(shù)較多就發(fā)生損壞或變形，不能正常操作。

2未來的發(fā)展方向

(1) 用戶的需求已經(jīng)從對基本的功能、參數(shù)等要求逐漸轉向?qū)Ω呖煽啃?、方便操作維護性和降低運行成本的要求。

(2) 技術標準的制定角度，從保證用戶運行連續(xù)性、使用安全性和可維護的經(jīng)濟性來考慮，這在GB3906-2006《3.6～40.5kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》附錄E中就指出：前版標準主要圍繞可抽出式的空氣絕緣外殼而編寫的，現(xiàn)在的趨勢是朝著固定式和GIS方向發(fā)展，需要本標準代表這些設備。

因此該標準及斷路器新標準增加了運行連續(xù)性分類（LSC）、內(nèi)部電弧故障分類（IAC）、機械壽命分類（M₁M₂）、電壽命分類（E₁E₂）和容性小電流分類（C₁C₂），這樣就使用戶能按照實際需求來選擇安全經(jīng)濟性產(chǎn)品。

(3) 固封技術在開關柜中將得到大發(fā)展

從目前來看，進一步提高中壓開關柜的絕緣可靠性和小型化只有充氣柜（C-GIS）和固體絕緣柜（SIS）這兩條路，但SF₆氣體作為“聯(lián)合國氣候變化框架公約”公布的六種溫室氣體之一，受到了限制使用，并逐步減少使用，因?qū)Νh(huán)境及造成的溫室效應是其它氣體效應的上萬倍，所以充氣柜的發(fā)展受到了上述因素的制約。

SIS是一種用環(huán)氧樹脂將一次回路包封起來作為主絕緣，真空滅弧室及操作桿沿表面絕緣，柜內(nèi)元件的界面絕緣方式連接的開關設備。由于環(huán)氧樹脂具有比空氣高5～6倍的絕緣強度，因此可實現(xiàn)小型化以及達到環(huán)境保護的要求（環(huán)氧樹脂可回收）。

(4) 固定柜將和固封技術結合起來形成“小型固定柜”

由于斷路器的可靠性提高，手車柜抽出維修的優(yōu)勢將逐漸弱化，而固定柜簡單可靠的優(yōu)勢將逐漸凸現(xiàn)，因此固定柜將發(fā)展成與手車柜并存，并逐漸超越手車柜的趨勢，唯一的是大電流固定柜如何取得突破，目前還有一些難點。

(5) 固定柜是未來的發(fā)展方向

當斷路器成為真正的免維護的產(chǎn)品時，手車斷路器抽出隔離的意義已不大，在固封技術長足發(fā)展日趨成熟后，各個功能復合化的開關元件也會有較快的發(fā)展，比如真空滅弧室具有合位置、隔離位置、接地位置——集斷開、隔離、接地為一體的三工位，形成三工位固封真空斷路器，將使開關柜變得更簡單和可靠。GB3906-2006在8.2條“設計與結構選擇”中明確指出：固定式的總裝，尤其是采用了少維護元件的總裝，可以提供終生低投入高收益的布置。

(6) 縱向結構將是固定柜發(fā)展的主要結構

縱向結構減少了連接線，節(jié)省了有色金屬，也便于觀察。

(7) 24kV高壓開關柜的開發(fā)勢在必行

在東西亞地區(qū)，如越南、老撾、泰國，以及歐州地區(qū)，如英國、法國等，都使用24kV高壓供電，根據(jù)國家電網(wǎng)公司關于推廣24kV電壓等級的通知精神，目前各省都在紛紛試點，由于采用24kV輸電比12kV輸電可大大降低線路損耗，并且在同樣的輸電線路上，可提高輸電容量1倍。另外我國青藏高原、云貴高原、西北高原等，24kV柜也可作為12kV高原型高壓柜使用，即提高一個電壓等級的絕緣水平，因此比一般的高原型產(chǎn)品更加可靠，可用于12kV，4000m高海拔，所配斷路器、電流互感器、接地開關、觸頭盒等，均符合24kV電壓等級的技術要求。

(8) 40.5kV高原型高壓開關柜滿足特殊環(huán)境的需要

40.5kV高原型鎧裝手車式高壓開關柜，是滿足海拔高度3000m以上4000m以下高原地區(qū)使用的主導產(chǎn)品，在我國青藏地區(qū)，西南三省很多處于高海拔地區(qū)，空氣稀薄，自然環(huán)境惡劣，需要更安全更可靠的高原型新產(chǎn)品，滿足輸配電的特殊環(huán)境技術要求，同時又針對國電網(wǎng)十八反事故措施中要求40.5kV高原型手車柜滿足國電網(wǎng)這一要求，并超過了國家標準的規(guī)定，因此絕緣更加可靠，其所配N85GY真空斷路器已通過國家型式試驗，電壓電流互感器、接地開關、觸頭盒等均符合40.5kV高原型電器的技術要求。

(9) 新型真空環(huán)網(wǎng)柜

由于對SF₆在環(huán)保方面問題的不斷深入研究，加上我國是“京都協(xié)議”締約國之一，因此預計清潔、環(huán)保型的“真空環(huán)網(wǎng)柜”將會得到持續(xù)研究和發(fā)展，其技術特點是：

①采用固封極柱技術；

②采用三工位真空滅弧室，即：合閘、隔離、接地三位置滅弧室與絕緣一體化；

③分相式絕緣避免了相間放電的可能；

④帶電部件全部密封在環(huán)氧樹脂套筒和硅橡膠封閉母線之中；

⑤在特殊環(huán)境下也能正常工作，而無需另外設計，即低溫寒冷地區(qū)、高原地區(qū)、高溫地區(qū)及防爆場所。