關(guān)于l0kV高壓開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題的探討

余旺

【摘要】10kV高壓開(kāi)關(guān)柜在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用是極其廣泛。本文主要對(duì)10kV高壓開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)分析及改進(jìn)措施進(jìn)行了探討分析，可供同行參考。

【關(guān)鍵詞】高壓開(kāi)關(guān)柜；結(jié)構(gòu)分析；改進(jìn)措施

在電力系統(tǒng)中，l0kV高壓開(kāi)關(guān)柜的應(yīng)用極其廣泛。由于電力系統(tǒng)用戶的需求五花八門(mén)，作為制造廠家，我們不得不針對(duì)用戶的需求，為用戶量身定做。這就要求我們必須真正深刻地理解相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)柜型的設(shè)計(jì)要求。在十年的設(shè)計(jì)生涯中，對(duì)開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)有了一些體會(huì)，現(xiàn)在寫(xiě)出來(lái)與大家一探討，以求共同進(jìn)步。高壓開(kāi)關(guān)是指用于電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電、電能轉(zhuǎn)換和消耗中起通斷、控制或保護(hù)等作用,電壓等級(jí)在3.6kV～550kV的電器產(chǎn)品,主要包括高壓斷路器、高壓隔離開(kāi)關(guān)與接地開(kāi)關(guān)、高壓負(fù)荷開(kāi)關(guān)、高壓自動(dòng)重合與分段器,高壓操作機(jī)構(gòu)、高壓防爆配電裝置和高壓開(kāi)關(guān)柜等幾大類。高壓開(kāi)關(guān)制造業(yè)是輸變電設(shè)備制造業(yè)的重要組成部分,在整個(gè)電力工業(yè)中占有非常重要的地位。

1.柜體結(jié)構(gòu)與防護(hù)等級(jí)要求

1.1關(guān)于柜體的結(jié)構(gòu)要求

所有開(kāi)關(guān)柜的殼體必須是金屬外殼，并具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，柜體內(nèi)的斷路器室，母線室，電纜室的上方均設(shè)有壓力釋放通道，二次線的敷設(shè)美觀并便于檢查。開(kāi)關(guān)柜內(nèi)所有一次電器元件的安裝梁必須是金屬的且應(yīng)可靠接地。

1.2關(guān)于防護(hù)等級(jí)的要求

10KV,高壓開(kāi)關(guān)柜屬于高壓帶電設(shè)備，為了防止人體接近高壓開(kāi)關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運(yùn)動(dòng)部分，在設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)柜時(shí)，我們必須考慮柜體防護(hù)等級(jí)的要求，對(duì)于10KV固定式開(kāi)關(guān)柜如GG-1A-10，XGN2-10,必須滿足防護(hù)等級(jí)IP3X的要JYN和KYN系列如JYN2-10,KYN1-10,KYN11-10,KYN28-10等必須滿足防護(hù)等級(jí)IP4X的要求。當(dāng)然開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以追求更高的防護(hù)等級(jí)，但存在的問(wèn)題是隨著防護(hù)等級(jí)的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，散熱條件變差，所以不能一味追求高的防護(hù)等級(jí)，一般以IP3X和IP4X為宜即可。

2.主要結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)及性能比較

2.1主要結(jié)構(gòu)型式

經(jīng)了解,中置手車式高壓柜運(yùn)轉(zhuǎn)車,主要基本類型有兩種:螺桿式結(jié)構(gòu)和掛鉤式結(jié)構(gòu)。螺桿式結(jié)構(gòu),主要體現(xiàn):(1)螺桿實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)車與柜體連接;(2)螺桿傳動(dòng),實(shí)現(xiàn)斷路器手車從柜體內(nèi)進(jìn)出;(3)斷路器手車運(yùn)轉(zhuǎn)車上升降由螺桿裝置驅(qū)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)代表是西門(mén)子公司中置柜運(yùn)轉(zhuǎn)車。掛鉤式結(jié)構(gòu),主要體現(xiàn):(1)掛鉤和導(dǎo)向桿實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)車與柜體連接;(2)調(diào)節(jié)手輪,實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)車導(dǎo)軌面與柜體內(nèi)導(dǎo)軌面一致性調(diào)整;(3)掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車沒(méi)有提升機(jī)構(gòu),需靠人力將斷路器手車放置運(yùn)轉(zhuǎn)車或柜內(nèi),再運(yùn)轉(zhuǎn)車實(shí)現(xiàn)斷路器手車進(jìn)出。這種結(jié)構(gòu)代表是ABB公司中置柜運(yùn)轉(zhuǎn)車。

2.2優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

相掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車,螺桿式運(yùn)轉(zhuǎn)車提供了比較完善使用功能。但國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家選用螺桿式運(yùn)轉(zhuǎn)車并不普遍,主要原因是螺桿式運(yùn)轉(zhuǎn)車結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,機(jī)加工零件較多,生產(chǎn)成本高,同時(shí),與開(kāi)關(guān)柜配套運(yùn)轉(zhuǎn)車所需數(shù)量較少,許多廠家并沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)車上投入更多設(shè)計(jì),重視不夠。掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車功能上不及螺桿式,但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于加工制造,成本低廉,到了生產(chǎn)廠家廣泛選用。,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐及對(duì)掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車設(shè)計(jì)分析,發(fā)現(xiàn)目前常規(guī)掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車均存一定缺陷,這種缺陷會(huì)對(duì)斷路器手車造成潛損害,增加維護(hù)工作量,會(huì)引起非正常停電時(shí)間延長(zhǎng)。下面,對(duì)當(dāng)前主流掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車缺陷進(jìn)行了初步分析,并給出了一種可行改進(jìn)方法。

3.常規(guī)掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車結(jié)構(gòu)存在問(wèn)題分析

3.1掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車兩種常規(guī)結(jié)構(gòu)

第一種結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于由敷鋁鋅板加工組合而成中置柜,柜內(nèi)生產(chǎn)廠家大多與某公司生產(chǎn)ZS系列中置柜結(jié)構(gòu)相類似,可安裝VD4系列或VS1系列真空斷路器手車。這類運(yùn)轉(zhuǎn)車存下列缺點(diǎn):(1)運(yùn)轉(zhuǎn)車上兩個(gè)導(dǎo)向桿只起導(dǎo)向作用,不受力。也就是說(shuō),運(yùn)轉(zhuǎn)車與開(kāi)關(guān)柜體間僅靠掛鉤一個(gè)點(diǎn)連接一起。(2)使掛鉤順利插入柜體內(nèi),設(shè)計(jì)上,必須留有一定間隙,以方便操作。推拉斷路器手車時(shí),間隙反映運(yùn)轉(zhuǎn)車導(dǎo)軌與柜體導(dǎo)軌之間。(3)經(jīng)長(zhǎng)期使用后,撞擊力作用下,柜體上與掛鉤連接處,以及運(yùn)轉(zhuǎn)車上掛鉤軸會(huì)變形,這種變形導(dǎo)致了兩導(dǎo)軌間間隙進(jìn)一步擴(kuò)大。間隙越大,撞擊力越大,兩者間形成惡性循環(huán),最后導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)車不能使用,或嚴(yán)重影響運(yùn)轉(zhuǎn)車使用安全。

第2種結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于柜體由型鋼與金屬板件組裝而成中置柜。這類柜體也可安裝VD4系列或VS1系列真空斷路器手車。這種結(jié)構(gòu)可以消除兩導(dǎo)軌間水平間隙,設(shè)計(jì)上卻存一個(gè)垂直高度差,它導(dǎo)致了更大撞擊力。同時(shí),使用時(shí)如不仔細(xì)調(diào)整,會(huì)使垂直高度差變更大。從使用效果來(lái)看,這種結(jié)構(gòu)同前者比,操作性及安全性更差。

3.2運(yùn)轉(zhuǎn)車結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)際使用影響

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和分析對(duì)比,發(fā)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)車結(jié)構(gòu)對(duì)中置柜操作性能影響是漸進(jìn),影響巨大。其主要表現(xiàn)兩個(gè)方面:(1)對(duì)操作性和使用安全性影響:這種影響產(chǎn)品交付前期影響并不顯著,時(shí)間推移,影響越來(lái)越明顯,運(yùn)轉(zhuǎn)車操作性和使用安全性大大降低。(2)對(duì)斷路器手車影響:這種影響主撞擊力造成,撞擊力導(dǎo)致斷路器手車車輪變形。安裝及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段,對(duì)斷路器手車推拉操作次數(shù)最多,車輪變形往往是這一階段出現(xiàn)。車輪變形導(dǎo)致手車推拉困難,會(huì)將斷路器手車卡死運(yùn)轉(zhuǎn)車或柜體導(dǎo)軌內(nèi)。是例行停電維修時(shí)出現(xiàn)此種故障,必然會(huì)延長(zhǎng)停電時(shí)間,形成不能按時(shí)供電事故。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),產(chǎn)品投運(yùn)前,約有10%～20%手車輪存不同程度變形,每個(gè)工程中約有一、二臺(tái)變形較大影響正常操作,需維修處理。

4.對(duì)10KV配電系統(tǒng)高壓開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)的措施

針對(duì)上文所述運(yùn)轉(zhuǎn)車存問(wèn)題,我們?cè)O(shè)計(jì)了一種改進(jìn)方案,這種方案著重解決了上文所述掛鉤式運(yùn)轉(zhuǎn)車存各種缺陷,主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面:

(1)消除柜體導(dǎo)軌與運(yùn)轉(zhuǎn)車導(dǎo)軌之間間隙,避免產(chǎn)生撞擊力,結(jié)構(gòu)上,確保當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)車靠緊柜體時(shí),運(yùn)轉(zhuǎn)車導(dǎo)軌與柜體導(dǎo)軌可靠接觸,基本無(wú)間隙。

(2)特別設(shè)計(jì)了鎖定裝置:利用磨擦自鎖原理,一個(gè)特別設(shè)計(jì)凸輪裝置,可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)車鎖定。其工作方式為:凸輪未鎖定前,彈簧作用下掛鉤與柜體接觸面間有一定操作間隙,可以使運(yùn)轉(zhuǎn)車掛鉤順利插入并鉤住柜體。逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪,消除操作間隙,將運(yùn)轉(zhuǎn)車與柜體可靠鎖定,推拉斷路器手車時(shí),無(wú)需再靠人力頂住運(yùn)轉(zhuǎn)車,操作可靠性以提升。同時(shí),為保證掛鉤轉(zhuǎn)軸不因受力變形,將掛鉤轉(zhuǎn)軸處改為腰形孔,鎖定前,彈簧將掛鉤向前拉,保證了掛鉤與柜體正常操作間隙。

(3)操作間隙調(diào)整:一段時(shí)間使用后,掛鉤及凸輪會(huì)磨損,間隙增大,會(huì)降低鎖緊力,針對(duì)可能出現(xiàn)這種情況,凸輪與運(yùn)轉(zhuǎn)車之間,增設(shè)了調(diào)整墊。調(diào)整墊可以作為配件,由用戶需要自行添加。

通過(guò)試驗(yàn)和使用綜合評(píng)價(jià)是:(1)改進(jìn)成本:如上所述,與原結(jié)構(gòu)相比,改進(jìn)后并沒(méi)有增加太多零件,新增成本相開(kāi)關(guān)柜而言,可以忽略不計(jì)。另外,還可對(duì)已出廠運(yùn)轉(zhuǎn)車進(jìn)行改造,提高運(yùn)轉(zhuǎn)車操作可靠性。(2)改進(jìn)效果及用戶反映:將改進(jìn)后運(yùn)轉(zhuǎn)車交用戶試用后,到了用戶肯定,他們認(rèn)為,操作可靠性、安全性、操作簡(jiǎn)便程度以及對(duì)斷路器手車保護(hù)等各方面,均比原結(jié)構(gòu)有較大提升。

5.結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)永無(wú)止境，我們需要不斷學(xué)習(xí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國(guó)外大公司先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，為我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。