礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜的應(yīng)用探討

段孟君

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

礦用手車式高壓開關(guān)柜在煤礦井下生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，與固定式開關(guān)及油開關(guān)等相比，其具有滅弧性能良好、開斷容量大、運維簡便、機械壽命長等性能優(yōu)勢，同時能大大提升電網(wǎng)設(shè)備安全水平。為保證礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜安全使用，避免發(fā)生電氣火災(zāi)、電器元件損壞、人身電擊傷亡等事故，必須確保正確操作和使用開關(guān)設(shè)備。

1 礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜性能

礦用高壓真空開關(guān)柜一般為鋼板封閉式結(jié)構(gòu)，柜底后側(cè)接入電纜，上門位置安裝有監(jiān)視儀表、操作開關(guān)及信號指示，上門內(nèi)側(cè)則為二次電氣箱，箱內(nèi)主要安裝全部繼電保護和二次線。為便于檢修，繼電器板均可轉(zhuǎn)出箱外。手車式高壓開關(guān)柜門關(guān)閉后可將其真空斷路器調(diào)整至共組位置，通過手動操作。

手車式高壓開關(guān)柜真空斷路器接入手車室軌道后將柜門關(guān)閉，并借助柜門下方的搖柄將其搖動至工作位置，同時在真空斷路器右側(cè)的連桿抬起面按壓鎖住門鎖。斷電后繼續(xù)搖出真空斷路器，在其右側(cè)壓桿的作用下壓板逐漸向下移動，并借助連桿抬起門鎖，前門開啟。

手車式高壓開關(guān)柜同時具備定時限電流保護、反時限過電流保護、欠壓及過壓保護、電纜絕緣保護等功能。通過斷路器分合等開關(guān)設(shè)備遙控及本地操控，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)控制、連鎖、互鎖控制和輸入、輸出邏輯控制。

高壓開關(guān)柜微機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置有通信接口，通過接入通信網(wǎng)絡(luò)可實時傳輸監(jiān)控數(shù)據(jù)并下達調(diào)度指令，同時可實現(xiàn)對操作控制、保護投切、測量等配置參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計以及對電網(wǎng)運行狀態(tài)的測控，完全實現(xiàn)對礦井中央配電室的無人值守。

2 安裝及操作使用

安裝礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜前，必須將柜內(nèi)灰塵徹底清除，并按順序擺放，按安裝要求調(diào)整水平度和垂直度后通過點焊方式及M12 螺栓將開關(guān)柜和槽鋼基礎(chǔ)連接固定。將制作完成的電纜頭固定于支架，并使電纜與母線良好接觸。

在操作使用前，應(yīng)先檢查高壓開關(guān)柜中電氣元件規(guī)格型號以及緊固件安裝的牢固程度，并確保主回路接觸電阻不超出500μΩ；同時在相與相、相與地間施加50 Hz 交流電，按照GB 311.1—2012 的規(guī)定進行主回路工頻絕緣電壓試驗，應(yīng)不發(fā)生擊穿閃絡(luò)。在主回路斷電的情況下，進行二次控制回路通電試驗[1]，試驗結(jié)果必須滿足二次接線圖相關(guān)要求。試驗步驟具體如下：

1）在采用ZNA-630A 型真空斷路器開關(guān)柜的情況下，必須先將二次控制電源接通，使電源指示燈開啟，同時將分合閘轉(zhuǎn)換開關(guān)轉(zhuǎn)動合閘并持續(xù)至少10 s。以上操作將使斷路器儲能電機進入儲能及合閘狀態(tài)，而分合閘開關(guān)應(yīng)逆時針旋轉(zhuǎn)至分閘位置，使斷路器分閘。

2）在采用PZN-400 型真空斷路器開關(guān)柜的情況下，應(yīng)使其處于大斷口狀態(tài)，再使分合閘轉(zhuǎn)換開關(guān)順時針轉(zhuǎn)換至合閘處，開關(guān)線圈通電后起到吸引銜鐵及自保的作用，斷路器也顯示合閘；再將分合閘轉(zhuǎn)換開關(guān)逆時針旋轉(zhuǎn)至分閘位置，開關(guān)線圈斷電并將銜鐵釋放。

3）若采用ZN63-12 型手車式高壓開關(guān)柜時，應(yīng)先將小車置于工作位置，關(guān)門后工作位置指示燈及分閘指示燈均亮起，且斷路器顯示為分閘狀態(tài)；將儲能按鈕按下后，儲能電機動作，彈簧機構(gòu)同時進入儲能運行狀態(tài)，結(jié)束后指示燈亮起；再將合閘開關(guān)順時針扭轉(zhuǎn)至合閘位置，斷路器同時合閘，且開關(guān)柜門合閘指示燈同時亮起；將分閘開關(guān)逆時針旋轉(zhuǎn)至分閘位置，則斷路器隨之分閘操作，進而徹底斷開斷路器觸頭與觸頭盒。

3 手車式高壓開關(guān)柜的改進

近年來，礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜事故頻繁發(fā)生，煤礦生產(chǎn)及管理單位也對開關(guān)柜元件、線路等進行相關(guān)試驗，電纜鐵芯放電或電纜接地諧振過電壓等事故原因均被排除，最終鎖定的事故原因為手車式高壓開關(guān)支柱絕緣子與電流互感器爬電距離過小，鐵芯受到電流互感器一次引線放電影響后，進而引發(fā)支柱絕緣子多點沿面閃絡(luò)以及三相短路[2]。外界原因主要為環(huán)境濕度較大，使開關(guān)柜絕緣水平降低。

基于以上對常見手車式高壓開關(guān)柜事故及原因的分析，應(yīng)從以下幾個方面提升手車式高壓開關(guān)柜絕緣水平及運行性能。

3.1 絕緣材料的選擇

礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜大多采用環(huán)氧樹脂玻璃層壓板材料彌補空氣絕緣距離過小的不足，并達到加強絕緣的目的。但是一旦高壓開關(guān)柜發(fā)生短路引發(fā)電弧，環(huán)氧樹脂玻璃層壓板絕緣材料便會隨之燃燒，所釋放出的大量碳化物因無法及時排出而充斥于開關(guān)柜空間，形成帶電粉塵離子，加大爆炸的可能。為此，應(yīng)當(dāng)選擇兼具絕緣和阻燃性能的片狀模塑料（Sheet molding compound,SMC）、團狀模塑料（Dough molding compounds,DMC）、玻璃鋼等絕緣材料。

3.2 開關(guān)柜結(jié)構(gòu)控制

當(dāng)前我國礦用開關(guān)設(shè)備電氣標準明確規(guī)定，空氣距離應(yīng)不得小于100 mm，這一距離符合75 kV 沖擊電壓試驗以及42 kV 工頻耐壓試驗設(shè)計要求，但是在具體運行過程中卻并不滿足開關(guān)設(shè)備電氣安全運行的要求。所以對于濕度大、灰塵多、運行工況復(fù)雜的礦井環(huán)境，必須對電氣設(shè)備絕緣水平及性能狀態(tài)進行定期考核。礦井運行環(huán)境下，手車式高壓開關(guān)柜斷路器、絕緣子、柜體等普遍分布著導(dǎo)電塵埃，且開關(guān)設(shè)備清掃及檢查周期長。如果不能從日常運行維護、清掃等角度加強導(dǎo)電塵埃清理及性能檢測，則最好增大空氣絕緣距離，提升開關(guān)電氣設(shè)備絕緣水平。

在手車式高壓開關(guān)斷路器和絕緣子高度不變的基礎(chǔ)上，必須改為戶外設(shè)計，爬電距離也應(yīng)從當(dāng)前的140 mm 增大至200 mm 及以上，從而避免其在復(fù)雜的井下環(huán)境中產(chǎn)生沿面放電；母線及斷路器觸頭等應(yīng)當(dāng)按照圓筒式結(jié)構(gòu)設(shè)計，以避免因電場不均而引發(fā)閃絡(luò)放電。

3.3 開關(guān)設(shè)備電弧及閃絡(luò)放電控制

電弧及閃絡(luò)放電是質(zhì)輕等離子體在受到熱氣和電動力等的共同作用后在高壓柜體內(nèi)快速移動[3]，進而產(chǎn)生高溫度強功率破壞力，使金屬零部件表面發(fā)生熔化蒸發(fā)、結(jié)構(gòu)變形，甚至?xí)归_關(guān)柜面板崩開，內(nèi)部元器件燒壞。

礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜發(fā)生短路的瞬間必然會因外絕緣爬電距離過小、絕緣程度差異等原因而導(dǎo)致帶電體自身、帶電體與接地部分、帶電體與絕緣體之間均發(fā)生閃絡(luò)放電。礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜斷路器強度低、抗短路沖擊性能及熱穩(wěn)定性差，如果遇短路故障，則很容易發(fā)生斷路器斷裂及爆炸事故。此外，設(shè)備防潮性能、電場分布均勻性等也與設(shè)備短路故障有關(guān)，若設(shè)備長期運行于潮濕環(huán)境，設(shè)備幾何形狀不科學(xué)，電場分布不均，則在手車式高壓開關(guān)柜設(shè)備發(fā)生短路的瞬間，強大的電流作用于絕緣子、母線、柜體等處后必然激發(fā)沉積的導(dǎo)電塵埃四處飛揚，進而構(gòu)成放電通道，降低絕緣性能，引發(fā)電擊事故。

3.4 裝設(shè)加熱器

為避免礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜在溫度變化大、高濕度環(huán)境中發(fā)生凝露及腐蝕危害，還應(yīng)當(dāng)將加熱器分別安裝在斷路器手車室和電纜室。通常應(yīng)選用板式發(fā)熱原件，并將磁套管加設(shè)在導(dǎo)線連接處線芯上，加設(shè)數(shù)量根據(jù)線芯瓦數(shù)確定：50 W 以下線芯加裝2 個磁套管，50 W 以上線芯則加設(shè)3 個磁套管。在敷設(shè)加熱器線束時必須將其與電阻原件、發(fā)熱元件距離控制在30 mm 以上，具體如圖1 所示。

圖1 加熱器線束敷設(shè)

對于附帶翅片的礦用一般型手車式高壓開關(guān)柜氣體冷卻加熱器應(yīng)將翅片垂直安裝，不得水平安裝，具體安裝要求詳見圖2。

圖2 帶翅片氣體冷卻加熱器安裝示意圖

4 結(jié)語

本文所提出的改進措施應(yīng)用后，既滿足了煤礦企業(yè)對老礦配電室改造的需要，又使得煤礦井下一般型手車式高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，絕緣性能提升，開關(guān)設(shè)備電弧及閃絡(luò)放電也得到更加有效的控制，凝露及腐蝕危害大大降低，進而使煤礦井下中央配電室中高壓開關(guān)柜的供配電性能能夠順利發(fā)揮，從而為礦井煤層開采、煤料運輸、通風(fēng)、照明等過程提供可靠穩(wěn)定的電能。