24kV高壓開關(guān)成套設(shè)備問(wèn)題探討

劉華民，朱波

（溫州開元集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325028）

24kV高壓開關(guān)成套設(shè)備問(wèn)題探討

劉華民，朱波

（溫州開元集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325028）

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電力已成為生產(chǎn)和日常生活中不可或缺的能源，降低價(jià)格和輸電的安全是當(dāng)前電力行業(yè)的一個(gè)重要問(wèn)題。其中，24kV高壓開關(guān)是高壓配電網(wǎng)中的一套重要設(shè)備，其質(zhì)量將直接影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和供電的可用性，因此，對(duì)24kV高壓開關(guān)的設(shè)計(jì)，要保證結(jié)構(gòu)的合理性，對(duì)最重要的高壓開關(guān)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究和分析。

24kV；高壓開關(guān)；成套設(shè)備；高壓開關(guān)柜；問(wèn)題探討

目前的24kV高壓開關(guān)柜已廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，根據(jù)客戶的相關(guān)要求可以進(jìn)行調(diào)整，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，滿足不同客戶的需要，這就要求在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)計(jì)，保證其使用的安全性。

1 24kV高壓開關(guān)柜概況

24kV高壓開關(guān)柜的電力系統(tǒng)不十分復(fù)雜，相對(duì)來(lái)說(shuō)，其主要功能是連接到發(fā)電廠、變電站、配電線路、用戶終端成一個(gè)整體，是根據(jù)國(guó)家有關(guān)法律法規(guī)配置的，可分為旁路總線和內(nèi)部能源等。必須對(duì)電力系統(tǒng)方式注意以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)各方面的要求必須滿足，重要的是注意系統(tǒng)的可靠性的要求；它可以保證其在各種模式下的功能；此外，為了保證經(jīng)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際上要把它作為優(yōu)先考慮，考慮經(jīng)營(yíng)或電力建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。電力系統(tǒng)中有四種常見(jiàn)的接線：雙電源供電方式、旁路-總線模式、雙總線模式、和內(nèi)部供電方式。

2 24kV高壓開關(guān)柜概況

24kV高壓開關(guān)柜主要由接地開關(guān)、隔離開關(guān)、高壓斷路器、負(fù)荷開關(guān)、變壓器、高壓熔斷器、繼電器和互感器等組成，以及相應(yīng)的控制、保護(hù)、調(diào)節(jié)裝置、內(nèi)部附件、配套件和連接件。24kV高壓開關(guān)柜主要功能是接受和向電網(wǎng)分配電能，絕緣介質(zhì)通常是復(fù)合絕緣材料或空氣。根據(jù)客戶的要求，根據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的24kV高壓開關(guān)柜，能夠較好的防止高壓開關(guān)柜運(yùn)行中的事故現(xiàn)象，是非常重要的。

3 24kV高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高壓開關(guān)柜中的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)是組裝式，在高壓開關(guān)柜的布置過(guò)程中，不僅要考慮其經(jīng)濟(jì)性，還應(yīng)提供安全性。小零件根據(jù)實(shí)際情況的變化，可以達(dá)到不同方案變化的目的，方便快捷的變化，并且裝配開關(guān)柜容易對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工。24kV高壓開關(guān)柜包括：斷路器室、儀表室、母線室、電纜室，相互獨(dú)立，但也有著密切的聯(lián)系。除電纜外的一些一次電氣元件在電纜室內(nèi)安裝，主要有避雷結(jié)構(gòu)和接地開關(guān)等設(shè)備。母線室：母線的強(qiáng)度和尺寸滿足規(guī)定的熱穩(wěn)定性和動(dòng)穩(wěn)定要求。儀表室：實(shí)現(xiàn)控制開關(guān)的不同功能，由二次控制元件和輔助元件的組成的各功能回路；斷路器室：在本質(zhì)上具有兩種安裝方式，在可移動(dòng)手車上安裝斷路器稱為移動(dòng)安裝方式，這種安裝方式柜體和手車通過(guò)一對(duì)隔離的動(dòng)靜觸頭進(jìn)行一、二次連接的，而固定安裝主母線直接和斷路器上的上、下出線座連接。

4 24kV高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題探討

4.1 安全凈距

所有外露的電氣元件之間在高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)該有一個(gè)安全的距離，包括相間的和相對(duì)地的間隙，否則會(huì)出現(xiàn)短路故障，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行會(huì)造成一定的損害。當(dāng)絕緣介質(zhì)和高度小于1000米時(shí)，根據(jù)相關(guān)的功率值的標(biāo)準(zhǔn)，24kV高壓開關(guān)柜的相間的安全間隙距離不宜小于180mm。當(dāng)高度大于1000m時(shí)，應(yīng)校正相應(yīng)的絕緣距離。

高壓開關(guān)成套設(shè)備受高海拔地區(qū)氣候條件影響如下。

（1）對(duì)電氣開關(guān)裝置的滅弧性能的影響?？諝饨橘|(zhì)滅弧的開關(guān)電器滅弧性能隨空氣密度或空氣壓力的降低而降低，電壽命縮和短通斷能力下降。①隨海拔升高或氣壓降低，直流與交流電弧的飛弧距離增加。開關(guān)功率降低，壽命縮短；②隨氣壓降低或海拔升高，直流電弧的燃弧時(shí)間延長(zhǎng)。

（2）介質(zhì)強(qiáng)度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。隨著空氣壓力或空氣密度的下降，外絕緣的強(qiáng)度會(huì)下降；此外，低氣壓將降低外絕緣的強(qiáng)度和配電系統(tǒng)操作人員的安全，直接導(dǎo)致絕緣破壞和其他安全事故的發(fā)生。

（3）產(chǎn)品性能和力學(xué)結(jié)構(gòu)的影響結(jié)論：低濃度、低密度、多孔材料的化學(xué)和物理變化將發(fā)生；壓力容器的壓力的變化有可能導(dǎo)致壓力容器的斷裂。塑料制品中潤(rùn)滑劑的加速蒸發(fā)和軟化劑的揮發(fā)；內(nèi)部和外部壓差增加了密封容器內(nèi)液體或氣體泄漏的可能性，間接影響電氣性能。

（4）對(duì)介質(zhì)冷卻效果的影響：對(duì)于以強(qiáng)制通風(fēng)、自然對(duì)流或空氣散熱器為主要散熱方式的電氣產(chǎn)品，由于散熱能力的降低，溫度升高?？諝饨橘|(zhì)的冷卻效果降低。

（5）影響無(wú)放電電壓和電暈：電暈起始電壓降低，在第一高壓電機(jī)的電壓降低時(shí)，一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題是電暈的腐蝕。降低了第一次放電的張力，降低了電力電容器的內(nèi)部氣壓。減少導(dǎo)體腔的張力會(huì)導(dǎo)致頻率不放電的電源電壓的降低。

（6）影響電氣間隙分布電壓：配電電壓隨著氣壓的降低而減小，電氣產(chǎn)品的采用在方案后固定。考慮到電阻，增加了電氣分配的批準(zhǔn)。

當(dāng)受配電室的限制時(shí)，需要降低高壓開關(guān)設(shè)備的集成。如果絕緣距離沒(méi)有達(dá)到，應(yīng)采取有效措施解決問(wèn)題，如高壓絕緣熱收縮、使用DMC絕緣等復(fù)合絕緣。在使用這些材料時(shí)，會(huì)存在一些以下的問(wèn)題：在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，單純以空氣作為絕緣介質(zhì)時(shí)，相間和相對(duì)地的最小空氣間隙24 kV高壓開關(guān)柜不能小于180mm，此外，使用復(fù)合絕緣的絕緣強(qiáng)度將逐漸老化，因此，有必要對(duì)其正常運(yùn)行進(jìn)行定期檢查和維護(hù)。當(dāng)使用SMC絕緣隔板、DMC時(shí)，并且24kV高壓開關(guān)柜的絕緣板和帶電裸導(dǎo)線之間的間隙不小于45mm時(shí)，隨著時(shí)間的推移，相應(yīng)的絕緣隔板的絕緣強(qiáng)度會(huì)逐漸減少，因此需要定期檢查和修理。應(yīng)盡可能在設(shè)計(jì)過(guò)程中制定相應(yīng)的安全距離標(biāo)準(zhǔn)（如表1）。

超高壓輸電的另一個(gè)突出問(wèn)題是電暈和無(wú)線電干擾是高空輸電和配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商。隨高度的增高，線路導(dǎo)線和電氣設(shè)備的電暈起始電壓下降，但也受濕度的影響，濕度越高，在一定的濕度下，電暈電壓越低。電暈不僅會(huì)增加電源失效的可能性，而且會(huì)加速絕緣的老化作用。

表1 安全凈距具體要求

4.2 爬電距離

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)于爬電距離的要求，高壓開關(guān)設(shè)備內(nèi)外絕緣件的最小標(biāo)稱爬電比距為；瓷質(zhì)大于等于18mm/kV和有機(jī)大于等于20mm/kV。這種要求相對(duì)較高，相對(duì)來(lái)說(shuō)，這一要求許多傳統(tǒng)元件不能很好的滿足，因此應(yīng)改進(jìn)零部件的爬電距離，制造商不會(huì)提高絕緣的高度，而是增加裙邊的爬距，以確保部件符合相應(yīng)的要求。此外，高壓開關(guān)柜中使用場(chǎng)所的環(huán)境因素應(yīng)注意。為了防止結(jié)露現(xiàn)象，將帶有自動(dòng)控制的感應(yīng)探頭加到高壓開關(guān)柜中進(jìn)行安全操作。

4.3 五防聯(lián)鎖

五防聯(lián)鎖在24kV高壓開關(guān)柜中的要求是：合隔離開關(guān)、防止帶負(fù)荷分、防止誤合斷路器、防止帶電掛(合)接地線(接地開關(guān))、防止誤分；防止帶接地線(開關(guān))合閘；防止誤入帶電間隔。通常優(yōu)先在機(jī)械鏈的模式中使用這種功能，主要通過(guò)機(jī)械零件的轉(zhuǎn)移，一個(gè)環(huán)靠近一個(gè)環(huán)，除非有關(guān)操作方式已被外力損壞，否則，只要根據(jù)相應(yīng)的操作過(guò)程，操作程序，可靠性很高，但加工工藝的要求非常高，元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。此外，可以考慮使用機(jī)械式鎖的方式，該方法的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于有通用的鍵，很難進(jìn)行相應(yīng)的操作人員的錯(cuò)誤操作，這樣就不會(huì)以這種方式在無(wú)人值守的變電站使用。對(duì)于一個(gè)載人變電站，可以使用不同數(shù)量的紅色和綠色運(yùn)行，即任何斷路器對(duì)應(yīng)于一個(gè)獨(dú)特的紅色和綠色曲線，在相應(yīng)的控制屏幕上顯示普通的時(shí)間紅色和綠色卡。對(duì)運(yùn)行中的操作采用電氣閉鎖，對(duì)于變電站無(wú)人值守的安裝。

4.4 關(guān)于防護(hù)等級(jí)

為了防止高壓帶電機(jī)柜的高壓帶電部分并觸摸動(dòng)作部分有人體接近，保護(hù)水平在設(shè)計(jì)中充分考慮到了相關(guān)保護(hù)級(jí)別的等級(jí)（如表2所示）。隨著保護(hù)水平的提高，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)成本也將得到提高，散熱條件也將很差，不僅僅是運(yùn)動(dòng)水平的保護(hù)，通常選擇IP3x和IP4x是最好的。

表2 防護(hù)等級(jí)與具體要求

4.5 動(dòng)穩(wěn)定

高壓開關(guān)柜通常至少可以承受20kA，在電力系統(tǒng)中，甚至50kA短路電流開斷以及對(duì)應(yīng)的動(dòng)穩(wěn)定電流，當(dāng)相關(guān)的高壓開關(guān)柜有這樣大電流通過(guò)，導(dǎo)致了大量電磁感應(yīng)在相和相母線之間產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)。此時(shí)，開關(guān)柜應(yīng)受相應(yīng)短時(shí)動(dòng)穩(wěn)定電流，通常，兩個(gè)絕緣子之間的距離不應(yīng)超過(guò)800mm，母線不會(huì)出現(xiàn)明顯的偏差現(xiàn)象，在一些薄弱的關(guān)系中也應(yīng)加強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要問(wèn)題是電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，24kV高壓開關(guān)柜作為電力系統(tǒng)中的一個(gè)重要設(shè)備，為有效運(yùn)行24kV高壓，有效地保護(hù)配電網(wǎng)供電提供可靠性。隨著科學(xué)技術(shù)、新材料和新技術(shù)的不斷發(fā)展，將增加24kV高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)合理與可靠性，使設(shè)計(jì)人員需要采用科學(xué)有效的方法設(shè)計(jì)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，確保高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)符合安全要求的標(biāo)準(zhǔn)。

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