高低壓成套開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展

曹乃鵬 張雷

摘要：目前，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，使得工業(yè)發(fā)展得到了很大的提高。與此同時(shí)，在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，對(duì)電氣設(shè)備的使用也日益增多。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)而言，高低壓成套開(kāi)關(guān)柜在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮了巨大的作用。所以，需要對(duì)高低壓成套開(kāi)關(guān)柜設(shè)備進(jìn)行相關(guān)的分析，以此才能夠更好的促進(jìn)電氣水平的提升?；诖耍恼戮透叩蛪撼商组_(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析及智能化發(fā)展方向進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析，希望可以提供一個(gè)有效的借鑒。

關(guān)鍵詞：高低壓成套開(kāi)關(guān)柜；電氣設(shè)計(jì)；智能化

引言

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11022、GB7251.1等明確規(guī)定了高低壓開(kāi)關(guān)柜電氣性能的檢驗(yàn)項(xiàng)目，包括例行檢驗(yàn)項(xiàng)目和全面型式檢驗(yàn)。其中，例行檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)開(kāi)關(guān)柜在制造過(guò)程中材料、元器件、結(jié)構(gòu)以及工藝等是否符合設(shè)計(jì)要求，是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品的可靠性與性能產(chǎn)生影響；型式檢驗(yàn)主要是檢驗(yàn)開(kāi)關(guān)柜的性能與額定值是否達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，是否符合設(shè)計(jì)要求，但部分型式檢驗(yàn)會(huì)對(duì)產(chǎn)品的可靠性與性能產(chǎn)生影響。高低壓開(kāi)關(guān)柜的電氣性能直接影響著其正常運(yùn)行，因此，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)不斷對(duì)電氣性能要求進(jìn)行完善，本文將探討高低壓開(kāi)關(guān)柜的絕緣性能、短路性能以及溫升等檢驗(yàn)項(xiàng)目。

1絕緣性能檢驗(yàn)

無(wú)論高壓還是低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，都將介電性能（絕緣水平）作為電氣性能要求的首要指標(biāo)，是產(chǎn)品型式檢驗(yàn)和例行檢驗(yàn)必做項(xiàng)目。為了驗(yàn)證產(chǎn)品不僅能夠長(zhǎng)期在規(guī)定的正常工作條件下承載額定電壓正常工作，還要能夠在一定時(shí)間內(nèi)承受在非正常工況下施加在產(chǎn)品上的過(guò)電壓并保持絕緣水平不被破壞。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工頻耐壓試驗(yàn)電壓值及施加電壓時(shí)間可以考核驗(yàn)證被試產(chǎn)品相間和相對(duì)地間及斷口間的絕緣水平，同時(shí)還等效考核驗(yàn)證在實(shí)際運(yùn)行時(shí)承受例如操作過(guò)電壓、長(zhǎng)期通電發(fā)熱導(dǎo)致的絕緣下降、絕緣件表面被水汽和塵埃侵蝕導(dǎo)致的絕緣下降等情況下所具備的絕緣性能水平，是型式檢驗(yàn)和例行檢驗(yàn)必做項(xiàng)目。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的沖擊耐壓試驗(yàn)主要是考核驗(yàn)證產(chǎn)品處于規(guī)定的安裝類(lèi)別條件下應(yīng)能夠承受的由于雷擊或操作過(guò)電壓產(chǎn)生的脈沖型高電壓，沖擊耐壓試驗(yàn)因試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件等因素制約只被列為型式檢驗(yàn)項(xiàng)目。從國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修訂變化的結(jié)果可以看出，考核絕緣水平的耐受電壓值越來(lái)越高，例如在GB/T11022—1999《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》中對(duì)于額定電壓7.2kV產(chǎn)品絕緣水平的規(guī)定，額定短時(shí)工頻耐受電壓為：通用值23kV、隔離斷口28kV；額定雷電沖擊耐受電壓為：通用值40kV或60kV可選、隔離斷口46kV或70kV可選。而GB/T11022—2011《高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)的共用技術(shù)要求》中將額定短時(shí)工頻耐受電壓提高至：通用值30kV、隔離斷口34kV；并且刪除了額定雷電沖擊耐受電壓的較低值，不再考慮受快波前和緩波前過(guò)電壓作用的程度、系統(tǒng)中性點(diǎn)接地的方式和過(guò)電壓限制裝置的型式等因素，統(tǒng)一采用通用值60kV、隔離斷口70kV考核。這是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中除操作過(guò)電壓外，諧振過(guò)電壓的影響日益嚴(yán)重，過(guò)電壓幅值越來(lái)越高，類(lèi)型也較為復(fù)雜，通常有線性諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓、參數(shù)諧振過(guò)電壓等，同時(shí)還需考慮中性點(diǎn)接地方式。綜合目前常用的各類(lèi)高低壓開(kāi)關(guān)柜在保障絕緣水平方面采取的措施可以看出，無(wú)論是哪種型號(hào)類(lèi)型的高低壓開(kāi)關(guān)柜，都通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)加大電氣間隙、增加爬電距離、提高絕緣水平來(lái)滿(mǎn)足工頻耐壓試驗(yàn)和雷電沖擊耐壓試驗(yàn)的要求。有些高壓開(kāi)關(guān)柜還運(yùn)用了絕緣固封技術(shù)達(dá)到提高絕緣水平，滿(mǎn)足工頻耐壓試驗(yàn)和雷電沖擊耐壓試驗(yàn)要求的目的。此外在試驗(yàn)前還需注意要將高低壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的過(guò)電壓保護(hù)裝置接線端子拆除斷開(kāi)過(guò)電壓保護(hù)線路，才能夠升至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)電壓值。因?yàn)楦叩蛪洪_(kāi)關(guān)柜內(nèi)部的過(guò)電壓保護(hù)裝置大多是通過(guò)壓敏電阻的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在試驗(yàn)電壓尚未達(dá)到規(guī)定值就會(huì)動(dòng)作。

2.開(kāi)關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

2.1高低壓開(kāi)關(guān)柜的母線

對(duì)于高低壓開(kāi)關(guān)柜來(lái)說(shuō)，母線的設(shè)計(jì)是非常重要的。在設(shè)計(jì)母線的過(guò)程之中，對(duì)電壓與電流的限定控制是重要的條件。一般情況下，在設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中，會(huì)有兩種方式存在：一是對(duì)主線的限定電流值與電壓值進(jìn)行明確；二是對(duì)母線的格式進(jìn)行直接檢測(cè)，并依據(jù)相關(guān)協(xié)議對(duì)用戶(hù)進(jìn)行額定值以及格式的溝通，依據(jù)用戶(hù)的實(shí)際需求來(lái)做好母線的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)方案應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行，從而使得母線的電流值、電壓值以及格式裕度充足。

2.2高低壓開(kāi)關(guān)柜中真空斷路器的設(shè)計(jì)

在高低壓成套開(kāi)關(guān)柜當(dāng)中，斷路器的作用相當(dāng)于開(kāi)關(guān)器件。并且在高低壓開(kāi)關(guān)柜正常運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，斷路器可以對(duì)斷開(kāi)回路的負(fù)荷電流做好接收。如果有問(wèn)題出現(xiàn)的話(huà)，斷路器就能夠與繼電保護(hù)裝置之間形成一種協(xié)作，及時(shí)將電流斷開(kāi)，以免造成更大的故障，從而對(duì)電氣回路加以控制。

2.3高低壓開(kāi)關(guān)柜中控制回路的設(shè)計(jì)

對(duì)高低壓開(kāi)關(guān)柜的設(shè)計(jì)當(dāng)中，一般有合閘、儲(chǔ)能以及跳閘三種常見(jiàn)的控制回路，其余的則都是在這些回路當(dāng)中進(jìn)行的。在儲(chǔ)能回路當(dāng)中，與斷路器合閘時(shí)所需要的電力能源相符合是其重要的作用；在合閘回路當(dāng)中，不僅可以手動(dòng)來(lái)進(jìn)行合閘，還能夠采用電動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行合閘。

3.開(kāi)關(guān)柜智能化的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

3.1溫升檢驗(yàn)

溫升檢驗(yàn)也是必不可少的檢驗(yàn)項(xiàng)目，該試驗(yàn)主要是考核并驗(yàn)證在長(zhǎng)期承受額定電流工作情況下，產(chǎn)品規(guī)定部位的溫升情況，是否滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫升極限，同時(shí)檢驗(yàn)產(chǎn)品鐵磁與載流部件損耗產(chǎn)生的發(fā)熱是否損壞載流部件或相鄰部件、是否會(huì)使產(chǎn)品絕緣水平降低、是否會(huì)對(duì)產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響。高低壓開(kāi)關(guān)柜長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行額定電流工作會(huì)出現(xiàn)溫升，在溫升過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，雖然這是一個(gè)相對(duì)較緩慢的影響過(guò)程，然而若開(kāi)關(guān)柜的溫升超出了允許值，則會(huì)加快絕緣件的老化速度，導(dǎo)致產(chǎn)品的絕緣水平快速下降，提前降至正常耐受值之下，存在重大隱患。開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)、載流部件連接以及主電路界面等是溫升的主要影響因素，基于開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)、主電路載流界面定型，以及內(nèi)部元部件的溫升達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，只需要通過(guò)型式試驗(yàn)對(duì)開(kāi)關(guān)柜整機(jī)的溫升進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷其是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3.2智能化開(kāi)關(guān)柜的模塊化發(fā)展

在智能化開(kāi)關(guān)柜當(dāng)中，其模塊化發(fā)展趨勢(shì)，不僅能夠使得高低壓開(kāi)關(guān)柜的生產(chǎn)組織模式得到改進(jìn)，還能夠?qū)ΜF(xiàn)代化的流水作業(yè)方式進(jìn)行優(yōu)化，從而使得生產(chǎn)成本大大降低，促進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)效率的提升，使得各種資源能夠得到優(yōu)化配置。而所謂的模塊化，即就是與實(shí)際的智能化開(kāi)關(guān)柜應(yīng)用情況與性能需求相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)其模塊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得不同用戶(hù)的需求都能夠得到滿(mǎn)足。這一發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于智能化開(kāi)關(guān)柜的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，具有非常大的推動(dòng)作用。

3.3短路性能檢驗(yàn)

短路性能檢驗(yàn)包括額定短路接通開(kāi)斷能力和額定短時(shí)耐受電流能力試驗(yàn)，目的在于驗(yàn)證當(dāng)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)短路或較大過(guò)載等非正常情況時(shí)，高低壓開(kāi)關(guān)柜能夠接通，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)承載和斷開(kāi)故障電流的能力。其中接通和斷開(kāi)操作主要由斷路器等內(nèi)部元件執(zhí)行并完成，文中僅分析直接影響高低壓開(kāi)關(guān)柜整體性能的額定短時(shí)耐受電流能力指標(biāo)，即開(kāi)關(guān)柜應(yīng)能夠耐受不超過(guò)額定值的短路電流所產(chǎn)生的焦耳熱以及由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力和電動(dòng)應(yīng)力。

結(jié)語(yǔ)：

總而言之，在當(dāng)前我國(guó)的電力行業(yè)當(dāng)中，用戶(hù)對(duì)于高低壓開(kāi)關(guān)柜的要求在不斷的提高。所以，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要立足于實(shí)際情況，落實(shí)每一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作，并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而使得開(kāi)關(guān)柜得到更好地發(fā)展。

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