KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)設(shè)備工程設(shè)計(jì)選型問(wèn)題探討

孫鵬程，王幫田，李海峰

(許繼集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461000)

1 引言

KYN61-40.5鎧裝移開(kāi)式交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備是我國(guó)為適應(yīng)電力系統(tǒng)越來(lái)越高的要求自行設(shè)計(jì)的，以取代原JYN-40.5、GBC-40.5等老產(chǎn)品的新型開(kāi)關(guān)柜。該產(chǎn)品的特點(diǎn)是用敷鋁鋅板經(jīng)數(shù)控鈑金加工，雙折彎成型后，用螺栓連接而成，并有較為完善的“五防系統(tǒng)”，已成為目前國(guó)內(nèi)40.5kV電壓等級(jí)主選開(kāi)關(guān)柜型號(hào)。但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，其暴露的問(wèn)題也非常多，主要表現(xiàn)在絕緣件的絕緣性能、手車(chē)的互換性、機(jī)械連鎖等方面，探討通過(guò)正確選擇開(kāi)關(guān)柜形式及柜內(nèi)主要元器件來(lái)解決上述諸多問(wèn)題。

2 開(kāi)關(guān)柜外形尺寸選擇

目前國(guó)內(nèi)KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜外形尺寸非常多，主要有:寬×深×高=1200×2600×2400(mm);寬×深×高=1400×2800×2600(mm);寬×深×高=1680×3000×2600(mm)等。選擇合適的外形尺寸對(duì)開(kāi)關(guān)柜日后是否能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行非常重要，若尺寸選的太小，對(duì)產(chǎn)品絕緣就提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在套管、觸頭盒，母線表面絕緣處理等方面;若尺寸選擇太大，對(duì)產(chǎn)品制造又提出了更高的要求，主要表現(xiàn)在手車(chē)互換性、連鎖可靠性、柜體強(qiáng)度等方面。本人觀點(diǎn):優(yōu)先選用1400mm寬的開(kāi)關(guān)柜，這樣即可有較好的絕緣性能，又不至于影響手車(chē)互換性、連鎖可靠性。對(duì)于特殊使用場(chǎng)所，比如高海拔地區(qū)、污穢嚴(yán)重地區(qū)可以考慮選用1680mm寬開(kāi)關(guān)柜。高度方面尺寸選擇也比較重要，因?yàn)楣耋w若選擇太高，其柜體精度及強(qiáng)度不好保證，同時(shí)影響開(kāi)關(guān)柜操作方便性(因?yàn)殚_(kāi)關(guān)柜儀表室一般設(shè)置在柜體的前上方);若選擇太低，會(huì)導(dǎo)致主母線室及電纜室空間比較小，影響開(kāi)關(guān)柜絕緣性能，尤其是主母線室?；谏鲜隹紤]，可以采用不等高柜，即儀表室、手車(chē)室及電纜室選用2600mm高，而主母線室選用2800mm高(只是在2600mm高的柜體框架上增加一塊200mm高的封板，可方便拆卸，不會(huì)增加配電房高度)，這樣即不會(huì)影響柜體精度、強(qiáng)度及操作方便性，又能保證較大空間的主母線室。而開(kāi)關(guān)柜深度尺寸選擇相對(duì)比較容易:若配電房條件允許，深度以3000mm為最佳，這樣即可保證充裕的電纜室空間(同時(shí)提高絕緣性能)，給日常調(diào)試、維護(hù)帶來(lái)方便，又可以使開(kāi)關(guān)柜適用更多的系統(tǒng)方案。

3 開(kāi)關(guān)柜手車(chē)室布置方式

目前國(guó)內(nèi)KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜手車(chē)布置方式主要有落地式和中置式兩種。本人觀點(diǎn):優(yōu)先選用落地式結(jié)構(gòu)。因?yàn)?0.5kV的手車(chē)重量較大，若采用中置式方案，手車(chē)在開(kāi)關(guān)柜內(nèi)會(huì)有非常嚴(yán)重的下沉現(xiàn)象，導(dǎo)致連鎖功能不可靠，尤其嚴(yán)重的是動(dòng)靜觸頭齒合不正，接觸電阻大，容易產(chǎn)生局部過(guò)熱，給開(kāi)關(guān)設(shè)備安全運(yùn)行帶來(lái)極大的隱患，同時(shí)手車(chē)轉(zhuǎn)移非常不方便(因手車(chē)太重)。而落地式則不會(huì)有上述現(xiàn)象，因?yàn)槭周?chē)放置在柜體底部，而柜體的底部是直接安裝在基礎(chǔ)槽鋼上;同時(shí)手車(chē)轉(zhuǎn)移也比較方便。

4 開(kāi)關(guān)柜方案選擇

因KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜本身就是一種小型化開(kāi)關(guān)柜，柜內(nèi)采用的是復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)。部分用戶(hù)為了節(jié)約投資，把本該由兩面或三面開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)的功能設(shè)計(jì)成由一面開(kāi)關(guān)柜來(lái)完成，這就導(dǎo)致這一面開(kāi)關(guān)柜元件非常多，元件的安裝、調(diào)試及維護(hù)非常困難，同時(shí)其絕緣性能根本無(wú)法保證，給日后的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患。所以在選擇開(kāi)關(guān)柜方案時(shí)，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)方案，不建議選用非標(biāo)方案。圖1是典型電纜進(jìn)出線柜的總裝示意圖。

圖1

5 斷路器手車(chē)選擇

目前國(guó)內(nèi)KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜配置的斷路器手車(chē)以ZN85-40.5為主，而ZN85-40.5手車(chē)的一次導(dǎo)電回路與操動(dòng)機(jī)構(gòu)為上下布置的方式，而此布置方式的斷路器手車(chē)有很大的缺陷:①因操動(dòng)機(jī)構(gòu)與滅弧室距離較遠(yuǎn)，需要較大尺寸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這導(dǎo)致機(jī)構(gòu)動(dòng)作不可靠;②手車(chē)推進(jìn)機(jī)構(gòu)只能采用偏向布置，不能采用中間布置，手車(chē)進(jìn)出開(kāi)關(guān)柜時(shí)，容易出現(xiàn)偏向(因推進(jìn)動(dòng)力源不在中間，手車(chē)兩側(cè)受力不平衡)，導(dǎo)致A、C兩相動(dòng)靜觸頭齒合尺寸不一致(推進(jìn)機(jī)構(gòu)偏向的一側(cè)，動(dòng)靜觸頭齒合較多，另一側(cè)則較少);③手車(chē)的調(diào)試、維護(hù)及安裝比較困難。所以應(yīng)該優(yōu)先選用操動(dòng)機(jī)構(gòu)與一次導(dǎo)電回路前后布置的斷路器手車(chē)，以避免上述問(wèn)題的出現(xiàn)。圖2是國(guó)內(nèi)某公司最新推出的VEM系列斷路器手車(chē)框架圖。

6 絕緣件選擇

目前國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是絕緣問(wèn)題，主要表現(xiàn)在套管和觸頭盒。近年來(lái)，電力系統(tǒng)特別是在沿海地區(qū)，時(shí)常發(fā)生40.5kV開(kāi)關(guān)柜在運(yùn)行一段時(shí)間后有異常放電，嚴(yán)重的發(fā)生對(duì)地?fù)舸┖投搪窡龤КF(xiàn)象，主要原因是絕緣件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、絕緣件阻燃水平和抗老化水平低、開(kāi)關(guān)柜小型化使柜內(nèi)電場(chǎng)更加復(fù)雜，加上運(yùn)行環(huán)境惡劣等諸多因素造成的。尤其是KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜的斷路器室觸頭盒動(dòng)、靜觸頭連接處和套管地電位法蘭面安裝位置，其電場(chǎng)集中強(qiáng)度大，且極不均勻，容易造成帶電母排對(duì)空氣放電，局放起始電壓和擊穿電壓也大幅度降低。長(zhǎng)時(shí)間放電容易燒傷絕緣件表面，絕緣件表面變得粗糙，嚴(yán)重的出現(xiàn)空穴，不僅使絕緣件表面局部場(chǎng)強(qiáng)增大，而且會(huì)藏污納垢，破壞表面清潔度，誘導(dǎo)碰撞游離，形成局部放電而發(fā)展成沿面閃絡(luò)，同時(shí)也加快了絕緣件本身的老化程度。沿海和南方地區(qū)由于濕度大，運(yùn)行環(huán)境差，加上裝配等原因，絕緣件表面容易附著污物油跡，運(yùn)行時(shí)附著的金屬粉粒、水分等會(huì)使沿面閃絡(luò)電壓顯著下降。遭遇到雷雨天氣時(shí)引起間歇性電弧接地過(guò)電壓，更容易出現(xiàn)擊穿、短路現(xiàn)象。針對(duì)上述問(wèn)題，在選擇套管和觸頭盒等主要開(kāi)關(guān)柜內(nèi)主要絕緣件時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用屏蔽套管和屏蔽觸頭盒，而且對(duì)其制作的材料及生產(chǎn)工藝應(yīng)該加以限制，比如材料應(yīng)選用滿(mǎn)足阻燃等要求的優(yōu)質(zhì)原料，生產(chǎn)工藝為APG壓力澆注成型制造工藝。像其它絕緣件比如支撐絕緣子、高壓傳感器也應(yīng)選用大爬距的產(chǎn)品。

圖2

7 電壓、電流互感器選擇

電壓互感器型號(hào)比較單一，選擇相對(duì)簡(jiǎn)單，選擇時(shí)只要盡量選用加大爬距及全絕緣結(jié)構(gòu)型號(hào)的即可。電流互感器應(yīng)避免選用觸頭盒式(常用型號(hào)有:LDJ-35、LCZ-35等)，而優(yōu)先選用全封閉支柱式結(jié)構(gòu)的電流互感器(常用型號(hào)有:LZZBJ9-35、LZZB8-35(G)等)。觸頭盒式電流互感器的安裝、調(diào)試及維護(hù)都非常困難，而且因KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜為小型化結(jié)構(gòu)，目前國(guó)內(nèi)適合此型號(hào)開(kāi)關(guān)柜的觸頭盒式電流互感器性能還不成熟，也存在一些問(wèn)題?，F(xiàn)在部分省份已明文規(guī)定禁止使用觸頭盒式電流互感器。

8 過(guò)電壓保護(hù)元件選擇

在40.5kV電壓等級(jí)，因系統(tǒng)振蕩或操作引起的過(guò)電壓非常明顯，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行危害較大，所以配有真空斷路器的開(kāi)關(guān)柜應(yīng)配置過(guò)電壓保護(hù)器，以保護(hù)柜內(nèi)元件;對(duì)于線路柜，特別是雷電較多地區(qū)，可以選擇使用氧化鋅避雷器，以防止因雷擊損壞柜內(nèi)元件。

9 母線表面絕緣處理及相間絕緣材料選擇

因KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜是一種小型化開(kāi)關(guān)柜，柜內(nèi)采用的是復(fù)合絕緣結(jié)構(gòu)，一次母線表面需要進(jìn)行絕緣處理。目前常用的絕緣處理方式主要有母線表面噴涂環(huán)氧樹(shù)酯粉末(即硫化工藝)和熱縮40.5kV專(zhuān)用熱縮套管兩種，這兩種方式的絕緣效果都比較不錯(cuò)，都能滿(mǎn)足絕緣要求，問(wèn)題在于其制作的材料、技術(shù)和工藝。若是采用母線表面噴涂環(huán)氧樹(shù)酯粉末工藝，就要求母線在噴涂前，其表面應(yīng)清潔，不得有油漬、灰塵等異物，母線折彎處應(yīng)打磨光滑，不得有折彎裂痕;環(huán)氧樹(shù)酯粉末厚度應(yīng)保證為3～4 mm之間，且噴涂均勻，不得有氣孔，內(nèi)部不得有雜物;母線絕緣處理完畢后，其絕緣層應(yīng)有較強(qiáng)的附著力，具有一定的抗拉強(qiáng)度。若采用熱縮40.5kV專(zhuān)用熱縮套管，同樣要求母線在熱縮前，其表面應(yīng)清潔，不得有油漬、灰塵等異物，母線折彎處應(yīng)打磨光滑，不得有折彎裂痕;熱縮時(shí)，其加熱溫度應(yīng)保持恒定，各部位加熱應(yīng)均勻，不能出現(xiàn)烤焦、氣孔等現(xiàn)象。絕緣熱縮材料應(yīng)該選用具有較強(qiáng)實(shí)力的公司的產(chǎn)品，能保證其絕緣性能及使用壽命。

相間絕緣材料應(yīng)選用具有阻燃性能的SMC板(即不飽和樹(shù)脂玻璃纖維增強(qiáng)片狀模塑料)，被安裝的SMC絕緣板與高壓帶電體保證不少于60mm的空氣間隙，應(yīng)采用懸空安裝方式，不能與高壓帶電體有任何連接。

10 二次元器件選擇

目前部分用戶(hù)比較喜歡選用開(kāi)關(guān)狀態(tài)綜合指示儀，即把各種位置顯示功能、高壓帶電指示功能、控制功能、電機(jī)儲(chǔ)能功能、一次模擬線動(dòng)態(tài)顯示功能、測(cè)量功能、語(yǔ)音報(bào)警功能等集中在一臺(tái)裝置上，表面上看起來(lái)非常漂亮、美觀、整潔，其實(shí)使用非常不方便。首先，維護(hù)困難，只要其中任何一項(xiàng)功能損壞，就可能要更換整臺(tái)裝置，既麻煩，又增加成本;其次，產(chǎn)品問(wèn)題較多，從實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，開(kāi)關(guān)狀態(tài)綜合指示儀是出現(xiàn)故障概率較高的元器件之一。所以二次元器件盡量選用單一功能元器件組合的方式。

11 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理選擇開(kāi)關(guān)柜的外形尺寸、開(kāi)關(guān)柜手車(chē)室布置方式、開(kāi)關(guān)柜方案及開(kāi)關(guān)柜內(nèi)主要元器件的類(lèi)型對(duì)開(kāi)關(guān)柜安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，通過(guò)正確的選型可以比較妥善地解決KYN61-40.5型開(kāi)關(guān)柜在日常運(yùn)行中暴露出的各種問(wèn)題。