關(guān)于優(yōu)化成套開關(guān)設(shè)備的方案報告

陳小青

福州億力電器設(shè)備有限公司，福建福州 350205

1 概述

隨著真空開關(guān)免（少）維護的優(yōu)點被廣泛接受，過去針對少油斷路器而設(shè)計的手車柜理應(yīng)逐步退出這一領(lǐng)域，而用固定柜取而代之。同時，由于手車柜安全性低（特別是大電流柜），暴露的問題卻日益明顯。高壓開關(guān)柜是使用極廣且數(shù)量最多的開關(guān)設(shè)備。由于在設(shè)計、制造、安裝和運行維護等方面存在著不同程度的問題，因而事故率比較高，在諸多性質(zhì)的開關(guān)柜事故中，絕緣事故多發(fā)生于10kV及以上電壓等級，造成的后果也很嚴重。特別是小車式開關(guān)柜，絕緣事故率更高，而且往往一臺出現(xiàn)事故，殃及鄰柜現(xiàn)象更為突出。因此，高壓開關(guān)柜絕緣技術(shù)亟需更新。

2 開關(guān)柜存在的兩大問題

1）絕緣事故主要是柜內(nèi)放電、CT閃絡(luò)和相間閃絡(luò)。斷路器與開關(guān)柜不匹配，絕緣尺寸不夠，柜內(nèi)隔板吸潮，爬距不足，老舊開關(guān)改造不徹底，未進行加強絕緣措施等原因造成；

2）載流故障。主要集中在12kV～40.5kV中壓開關(guān)設(shè)備上，觸頭過熱，引線過熱，常擴大為絕緣事故。主要是由于插頭接觸不良、插頭偏心等原因?qū)е逻^熱，以致起弧燒壞設(shè)備。

出現(xiàn)上述情況的原因固然是多方面的，但是最根本的原因還是國內(nèi)沒有開發(fā)出比較理想的固定柜，也就沒有創(chuàng)造出替代手車柜（中置柜）的先決條件。

筆者根據(jù)多年的開關(guān)制造實踐提出以下幾點意見以供參考：

1）在630A～4 000A范圍內(nèi)體積不應(yīng)大于現(xiàn)有的各種柜型，否則小型化的趨勢沒有體現(xiàn)；2）各項指標不低于現(xiàn)有的各種柜型甚至更高，這是沒有任何折扣的要求；3）操作要方便、省力，這是一個共性的要求；4）必要時檢修要方便，否則就不具備代替手車柜的條件；5）外觀的美觀程度不能低于現(xiàn)有的各種柜型，這是現(xiàn)代人們的第一感覺，不容忽視；6）以空氣做相間、和相對地絕緣，這是消除絕緣事故的最實用的方法；7）斷口可視、可測（溫升），方便維護，這是預防事故發(fā)生的有效措施。

成套開關(guān)設(shè)備作為一項傳統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)一次這么大的飛躍確實困難，而且受到以下因素的影響使得固定柜沒有形成市場的主導：1）在沒有確定真空開關(guān)真正達到免維護的前提下還有必要使用可移開式結(jié)構(gòu)；2）當用真空開關(guān)取代少油開關(guān)時人們只是相應(yīng)地把手車變小成為今天的中置式，容易被接受。

3 現(xiàn)階段國內(nèi)固定柜的研發(fā)狀態(tài)

3.1 XGN2-12箱型固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備

這是伴隨ZN28-12型真空斷路器替代少油式斷路器而相應(yīng)開發(fā)的替代GG1A型固定柜的產(chǎn)品，其設(shè)計理念還是GG1A的原形，目前市場用量很多。供電設(shè)備廠在2000年以前大量采用ZN21真空斷路器替代少油式斷路器改造GG1A型固定柜上。之后開發(fā)了XGN2-12替代GG1A，但是沒有成功，用量太少。福州局建新變改造前就是用同類柜GGX2（XGN66），這兩種產(chǎn)品鑒定投廠后至今未收回投資成本。雖然有些廠家進行了很大的改進，但根本問題沒有解決。

3.2 小結(jié)

綜上所述，國內(nèi)還沒有一個產(chǎn)品能夠接近我們上述的理想條件。究其原因主要還有如下幾點：1）在現(xiàn)階段我國社會上還沒有形成各專業(yè)最強的力量進行集中研發(fā)的機制，各自為戰(zhàn)。設(shè)計的產(chǎn)品遠遠不具備替代現(xiàn)有產(chǎn)品的條件；2）急功近利的思想嚴重，往往以某個招標工程為出發(fā)點才進行試制?？紤]問題不可能全面；3）沒有深刻的認識到固定柜進入市場的最有利的切入點——大電流柜。實現(xiàn)大電流柜的小型化才是真正意義上的小型化。從最大電流覆蓋到最小電流，用系列化來滿足使用者最迫切的要求，只有這樣才能迅速擴大市場份額，最終變成主導產(chǎn)品；4）設(shè)計理念仍停留在GG1A的年代，把現(xiàn)成的元件拼湊在一起，設(shè)計個外殼即作為一個新產(chǎn)品，從根本上講沒有新意，不能給使用者帶來耳目一新的感覺；5）崇洋的思想在一部分人的心中還很重，沒有用發(fā)展的眼光看待我們今天的社會。有此思想的人不論在開關(guān)設(shè)備的制造領(lǐng)域還是在使用領(lǐng)域都大有人在，這也是制約該領(lǐng)域發(fā)展的原因之一,好在我國政府已經(jīng)認識到這個問題，提倡“自主創(chuàng)新”的精神，限制盲目進口；6）由于過去國內(nèi)以仿造國外產(chǎn)品為主。當國外沒好產(chǎn)品推出時，國內(nèi)也就沒有新產(chǎn)品推出了；7）中置柜大范圍使用不過七、八年的時間，復合絕緣的老化也剛剛開始。大電流柜靠強迫風冷也不會馬上出問題，大多數(shù)使用者還沒有認識到這些隱患。

在人們以往的印象中固定柜檢修的方便性無法與手車柜（中置柜）相比，如果仔細分析情況則不然。

1）“出現(xiàn)故障時手車柜可以迅速更換一臺手車”，這是對出現(xiàn)簡單的機械故障和二次線路故障而言可以。如果出現(xiàn)一次絕緣事故柜體本身都要受損，決不可能貿(mào)然再送電；

2）KYN28A型中置柜所使用的VS1-12斷路器(包括其它類似的斷路器)，在工廠內(nèi)檢測行程和接觸行程都很困難，在運行現(xiàn)場就更加困難了。至于更換滅弧室，隨著機械磨損和電氣燒損接觸行程將變小，小到一定程度后觸頭壓力不夠，直接影響斷路器的正常開斷和關(guān)合。這些真正需要檢測到的參數(shù)不能方便的檢測到就更談不到便于檢修了；

3）KYN28A型中置柜檢修、試驗電流互感器時，要解除接地開關(guān)聯(lián)鎖，解除麻煩恢復更加煩瑣。

其它型號的固定柜檢修不便的問題就非常突出了，這里不必再說了。

針對上述問題，KGN□-12型固定柜設(shè)計時采用如下方法：

1）斷路器的一般檢測和更換外兩相滅弧室都可直接進行，不必移動。斷路器裝有滾球，更換最里側(cè)的滅弧室(只有靠墻安裝時)或更換斷路器才需移到柜前或移出柜外。拆開一側(cè)接線，卸掉安裝螺釘和隔離拉桿就可移到柜前部檢修，再借助運載車就可移出柜外并可落地；2）斷路器的操動機構(gòu)位于柜前，檢修十分便捷。檢測行程和接觸行程可直接進行，無需拆卸任何零部件；3）根據(jù)直觀的判別就可解除聯(lián)鎖，且可自動恢復；

只有達到這樣的條件才能從根本上削除歷史上人們對固定柜檢修不便的一貫看法。

固定柜不論在技術(shù)上還是經(jīng)濟上都具備了替代現(xiàn)有手車柜和固定柜的可能，經(jīng)過一段時間的運行、完善，有可能成為一種主流產(chǎn)品。

4 優(yōu)化KYN28中置柜的設(shè)想

當前，以生產(chǎn)中置移開式結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)廠家最多年產(chǎn)量最大，全國每年的生產(chǎn)數(shù)量達到數(shù)十萬臺之多。如何優(yōu)化中置柜，各廠家都做了很大的努力。

4.1 實現(xiàn)開關(guān)柜智能化功能

智能開關(guān)柜是研究、制造和使用部門的共同要求和希望，要實現(xiàn)智能化，就要求具備相當多的智能功能。包含監(jiān)視設(shè)備的絕緣狀況，不同部位的溫度、濕度、隔離觸頭發(fā)熱狀態(tài)、斷路器機械壽命、電壽命、斷路器機械特性，操動機構(gòu)和彈簧儲能系統(tǒng)及其分合閘回路狀態(tài)，避雷器等設(shè)備監(jiān)測，設(shè)備的故障或亊故發(fā)訊和報警等功能。

4.2 設(shè)計制造關(guān)鍵是保證性能可靠

設(shè)備的安全可靠運行最為重要，無論設(shè)計、制造和運行單位都應(yīng)采取很多方法和措施，更應(yīng)關(guān)注絕緣和導電回路質(zhì)量。

首先必須關(guān)注元器件的質(zhì)量，應(yīng)該選用經(jīng)過試驗和運行考核的性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。斷路器、絕緣件、連接件等，總之一次導電回路所連接的元件都必須嚴格把關(guān)。

4.3 中置柜的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單可靠

把隨著開關(guān)柜質(zhì)量的提高和智能技術(shù)的進步，運行中發(fā)生事故的概率不斷降低，因此應(yīng)該結(jié)合實踐經(jīng)驗，采取措施使開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)得到適當簡化。

5 高壓成套開關(guān)設(shè)備未來發(fā)展的展望

隨著我國經(jīng)濟體制的改革，開關(guān)設(shè)備制造行業(yè)出現(xiàn)了“群雄并起”的狀態(tài)，根據(jù)中國的國情這種情況還要持續(xù)很長時間。由于人力資源不能集中，對某個公司來講很難進行一些大型課題的研究開發(fā)。這就為課題的研究開發(fā)實現(xiàn)社會化提供了條件，KYN28A的推廣過程就說明了此問題（雖然借鑒國外公司的成分多些）。這也在某種程度上實現(xiàn)了人力資源的最大利用。

KGN□-12型鎧裝固定式金屬封閉開關(guān)設(shè)備的開發(fā)即將結(jié)束，但這只是固定式開關(guān)柜開發(fā)的開始。未來理想的配電網(wǎng)的模式應(yīng)該這樣：

1）對于電流比較大、有重合閘要求、保護配合比較嚴格的回路使用斷路器。如進線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)、架空出線開關(guān)等；2）對變壓器回路，容量不是很大，保護配合又能滿足時，使用負荷開關(guān)+熔斷器（F-L）作為開斷元件，充分發(fā)揮熔斷器熔斷速度快、限制短路電流（對電纜的選用十分有利）的特點，而且負荷開關(guān)簡單、經(jīng)濟、可靠。還可利用真空負荷開關(guān)開斷能力強（相對其它負荷開關(guān)講）的特點，配合適當?shù)谋Ｗo裝置，易于與其它保護配合；3）對于需要頻繁啟動的回路（如電動機回路），使用接觸器+熔斷器（F-C）作為開斷元件，發(fā)揮熔斷器熔斷速度快、限制短路電流以及接觸器簡單、經(jīng)濟、可靠、高壽命的特點。

當實現(xiàn)斷路器柜、負荷開關(guān)柜、接觸器柜——三柜并列運行，再配合適當?shù)谋Ｗo裝置，這才對配電網(wǎng)的建設(shè)（投資的大?。┖头€(wěn)定運行（切除故障的時間）起到良好的作用！而我們現(xiàn)在不論什么回路大都用斷路器作為開斷元件，既不經(jīng)濟又不合理（切除故障的時間遠大于熔斷器）。

以上討論了12kV等級的開關(guān)設(shè)備的小型化、固定式等問題。但這還不是最迫切的問題，體積大、操作困難、局放嚴重(復合絕緣部分過多)、造價高等問題目前沒有理想的解決方法，不論固定式還是移開式。理想的體積應(yīng)在：1 000（寬）×2 000（深）×2 600(高)范圍內(nèi)，而且相間不用復合絕緣。這一等級系列需開發(fā)的品種有：

1）斷路器柜及其元件；2）F-L（負荷開關(guān)）柜及其元件；3）頻繁型斷路器柜及其元件。

不論那一個電壓等級的開關(guān)設(shè)備，斷路器固定安裝的模式是今后的發(fā)展方向。億力電器公司對已開發(fā)的KYN44系列中置柜產(chǎn)品將進行不斷優(yōu)化，使該產(chǎn)品繼續(xù)在本地區(qū)安全穩(wěn)定的運行。

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