一種新型開關(guān)柜在煤礦中的應(yīng)用

王德強 鄧新春 孫曉通

（兗州煤業(yè)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

1 引言

東灘煤礦35kV變電所現(xiàn)有4路35kV級供電線路，一是引自羅廠區(qū)域變電所2回LGJ-3×240mm2架空線路供電，正常時一路運行，一路熱備；二是由東灘電廠1#、2#聯(lián)絡(luò)線（YJV-26/35kV,3×300）經(jīng)本變電所35kV母線并網(wǎng)發(fā)電的2回線路。35kV變電所另有1路35kV級饋電線路供西關(guān)變電所，也可作為礦井的應(yīng)急電源。35kV母線為單母線分段供電方式，采用LGJ-3×400/35mm2裸導(dǎo)線。35kV配電設(shè)備現(xiàn)為屋外式布置。

東灘煤礦35kV變電所現(xiàn)已投入運行20多年，所起的作用也隨著電廠的投入運行，不僅僅是礦井終端變電所，而且也具有區(qū)域變電所的功能，煤礦的生產(chǎn)能力已得到很大的提高，是兗礦集團的主要生產(chǎn)礦井之一，隨著生產(chǎn)水平的不斷延伸，生產(chǎn)需要的電力負(fù)荷和輸電距離都有較大的增加，供電質(zhì)量的要求也越來越高，現(xiàn)有35kV級輸變電設(shè)施已不足以滿足現(xiàn)有生產(chǎn)要求，存在影響正常生產(chǎn)的安全隱患，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）本變電所35kV進線肩負(fù)輸入、輸出調(diào)節(jié)電能的功能，35kV母線起到協(xié)調(diào)、平衡電能的作用，現(xiàn)有的線路保護已不能滿足該功能的保護要求，作為大型礦井一、二級負(fù)荷供電的主變電所，快切、長距離配電線路保護等設(shè)施均不完善。

（2）現(xiàn)有35kV配電設(shè)施均為室外布置，長期受日曬、雨淋、溫度變化等影響，設(shè)備老化現(xiàn)象較為嚴(yán)重，絕緣強度降低，日常維護量增大，生產(chǎn)安全存在較大的隱患。

針對上述問題，東灘煤礦采用西門子新型的8DA10六氟化硫充氣柜及相關(guān)輔助設(shè)施完成了東灘煤礦35kV級供電系統(tǒng)改造。

2 主線路方案

（1）東灘煤礦6kV配電室北側(cè)有一配電室，配電室長為16800mm，深為4800mm，根據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范的要求，其深度只能滿足小于2000mm的固定式開關(guān)柜型，普通空氣開關(guān)柜是無法滿足要求的。選擇新建配電室造價較高，且建設(shè)工期較長。故綜合考慮經(jīng)濟性和建設(shè)周期，東灘煤礦選擇了新型的西門子8DA10六氟化硫充氣柜，其優(yōu)點是由于使用了絕緣性能優(yōu)異的SF6氣體，大大縮小了柜體的外形尺寸，與空氣絕緣相比，SF6充氣柜安裝面積為其26%，體積為其27%，柜體寬僅為600mm，深僅為1800mm，可以利用現(xiàn)有的配電室，不需要建設(shè)新的35kV配電室，建設(shè)工期相比要短，能夠充分利用現(xiàn)有2回路電廠線的現(xiàn)有電力電纜，35kV配電設(shè)備室與6kV配電設(shè)備室相鄰，管理維護較為方便。且六氟化硫充氣柜是將所有的高壓原件諸如母線、斷路器、隔離開關(guān)等封閉在充有低壓力SF6氣體的不銹鋼殼體內(nèi)的成套設(shè)備。其突出特點是不受外界環(huán)境（如凝露、污穢、小動物等）的影響，安全，可靠性高，操作簡單，免維護等，大大減少了維修和檢修工作量。

（2）根據(jù)煤礦一、二級用電負(fù)荷比較多，以及整個礦井用電負(fù)荷較大的特點，東灘煤礦35kV主接線系統(tǒng)采用單母線分三段，這樣可以在檢修其中一段母線及連接設(shè)備時做到同時投運兩臺變壓器，做到不影響礦井生產(chǎn)；同時在新型開關(guān)來電側(cè)設(shè)置了5套隔離刀閘，既方便了本所小范圍的檢修，又降低了上級電網(wǎng)安全風(fēng)險和操作量。主接線詳見圖1。共需12面配電柜，其中4面高壓進線柜，4面出線柜，分別為3面主變壓器出線柜，1面鐵東線出線柜，隔離柜、聯(lián)絡(luò)柜各2面，PT柜插接到2段母線，不占用配電室的安裝位置?，F(xiàn)場實物圖見圖2。

圖1 電氣主接線圖

圖2 現(xiàn)場布置圖

3 8DA10六氟化硫充氣柜結(jié)構(gòu)及特點

8DA10型開關(guān)柜為單母線三極開關(guān)柜，其結(jié)構(gòu)大致可分為：高壓斷路器柜、高壓斷路器、三位置隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器、氣室。

3.1 高壓斷路器柜

高壓斷路器柜是西門子8DA系列六氟化硫充氣柜基本柜型，分進線柜和饋出柜，柜型如圖3所示。

圖3 高壓斷路器柜結(jié)構(gòu)

3.2 真空斷路器

真空斷路器是開關(guān)柜不可分割的一部分，它由以下部件組成：帶儲能彈簧結(jié)構(gòu)和控制部件的操作結(jié)構(gòu)（3AH49）、用于觸頭操作的變速桿、3個帶真空滅弧室的開關(guān)柜極柱。如圖4所示。

圖4 真空斷路器

斷路器和三位置隔離開關(guān)以機械方式進行聯(lián)鎖。機械聯(lián)鎖可防止在三位置隔離開關(guān)沒有處于確定的末端位置（合閘/分閘）時斷路器被合閘。而且，機械聯(lián)鎖還可防止在斷路器合閘后三位置隔離開關(guān)被操作。

3.3 三位置隔離開關(guān)

三位置隔離開關(guān)組合了隔離開關(guān)和接地開關(guān)的功能，它僅為無電流操作而設(shè)計。示意圖如下。

3.4 電流互感器和電壓互感器

電流互感器設(shè)計為環(huán)形鐵心，電流互感器環(huán)形鐵心作為二次繞組的載體，主電路相當(dāng)于一次繞組，由于柜體具有單極設(shè)計，因此布置在一次外殼（開關(guān)柜外殼）的外面，沒有承受介電壓力的鑄塑樹脂部件。一般安裝在母線、斷路器外殼、柜體聯(lián)結(jié)處、電纜上。電壓互感器為單極絕緣、金屬封閉，一般插接在母線上或柜體聯(lián)結(jié)處，可通過三位置開關(guān)進行隔離。

圖5 隔離開關(guān)

4 8DA10六氟化硫充氣柜的優(yōu)缺點

通過近一年的使用和維護，分析比較得出該柜型優(yōu)缺點。

其優(yōu)點如下：（1）主母排采用螺栓連接，連接可靠，主母線絕緣裕度大，對基礎(chǔ)要求及柜體要求低，杜絕母排因接觸電阻不均勻造成的過熱。（2）母線PT可頂插，為利于母線側(cè)PT的檢修，裝有隔離/接地的三工位開關(guān)，便于維護并可防止諧振。（3）采用了低壓穿芯式電流互感器，無需承受動熱穩(wěn)定電流，電流互感器位于氣室外部，易于觀察和維護，電纜頭部分在電流互感器的保護范圍之內(nèi)，這樣可保證繼電保護的選擇性，不會引起越級跳閘，電流互感器有多個位置可以安裝。（4）當(dāng)一個排列中任何一臺開關(guān)柜發(fā)生故障時，將發(fā)生故障的開關(guān)柜很容易的抽出，無需移動其兩側(cè)的開關(guān)柜。（5）斷路器與三工位開關(guān)有完善可靠的純機械聯(lián)鎖，可靠性遠高于電氣聯(lián)鎖；三工位開關(guān)的手動操作非常方便，隔離開關(guān)及接地開關(guān)有不同的操作孔，聯(lián)鎖可靠；斷路器分合位置與彈簧儲能均為機械指示，位于開關(guān)柜前面板，易于觀察；三工位開關(guān)為機械指示，機械指示反映三工位開關(guān)實際物理位置。（6）采用110kV以上GIS技術(shù)，外殼為筒形，電場分布好。采用全鑄造技術(shù)的鋁合金外殼，耐腐蝕、重量輕、電性能優(yōu)越且無渦流，比用板材焊接結(jié)構(gòu)的開關(guān)柜在電場分布和機械性能方面更加優(yōu)越。（7）三相母線以及母線聯(lián)接件安裝在三個單獨的母線室內(nèi)，以杜絕柜內(nèi)發(fā)生三相短路的可能性。（8）電纜工具、電纜頭采用德國KP進口產(chǎn)品，可靠性高；帶電顯示器等采用進口產(chǎn)品。

其缺點如下：（1）主母線連接后需要現(xiàn)場進行充氣；（2）開關(guān)柜密封點較多,不是模塊化組裝,氣體柜意味著泄漏點可能增加；（3）更換故障開關(guān)柜后主母線室需要重新充SF6氣體，不能迅速恢復(fù)運行；（4）電纜做耐壓及泄漏試驗時需要將電纜頭拔下方可試驗，不方便試驗。

5 結(jié)束語

截至目前，東灘煤礦35kV變電所為濟寧市唯一一家，也是山東省煤炭行業(yè)唯一一家35kV及以上供電系統(tǒng)使用六氟化硫充氣柜的變電所。使用該新型設(shè)備后，整個供電可靠性及智能化水平有了大幅度提高。