淺談10kV高壓開關(guān)柜的設(shè)計

張應(yīng)鑫

（廣東金穎電氣設(shè)備有限公司，廣東 汕頭 515041）

電力設(shè)備是供電能夠順利進入到千家萬戶進行使用的基本條件。10kV高壓開關(guān)柜又是整個配電系統(tǒng)中必不可少的電氣設(shè)備，開關(guān)柜的可靠性直接影響著配電系統(tǒng)的正常運行和供電質(zhì)量。我們必須對高壓開關(guān)柜的優(yōu)化設(shè)計以及應(yīng)用進行系統(tǒng)且全面的研究，在不斷的實踐之中積累經(jīng)驗，善于發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有高壓開關(guān)設(shè)備設(shè)計中存在的不足并加以改進。

1 高壓開關(guān)設(shè)備的主要組成

10kV高壓開關(guān)柜設(shè)備主要適用于發(fā)電廠、換流站、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業(yè)、地鐵高鐵和住宅小區(qū)、商務(wù)會展中心等各種不同場所。

10kV高壓開關(guān)柜設(shè)備是以真空斷路器為主電氣元件，是指成套的生產(chǎn)廠家根據(jù)設(shè)計院的電氣一次主接線圖的要求，將有關(guān)的高低壓電器設(shè)備一二次器件（包括真空斷路器、接地開關(guān)、避雷器、觸頭罩、互感器、微型斷路器、轉(zhuǎn)換開關(guān)、指示燈、微機綜合保護裝置、測量儀表，溫濕度控制器、帶電顯示裝置等）以及主、分支銅母線、聯(lián)鎖操作機構(gòu)、絕緣子等設(shè)備裝配在封閉式金屬鎧裝開關(guān)柜柜體內(nèi)，作為系統(tǒng)中受電和配電的裝置。開關(guān)柜各項技術(shù)性能指標(biāo)符合IEC298和GB3906標(biāo)準要求。

（1）斷路器：從最初體積龐大、需頻繁維護的抽出式空氣絕緣斷路器，到體積小、存在安全隱患的油斷路器，發(fā)展到安全可靠的六氟化硫和真空斷路器；真空斷路器極柱從真空泡裸露到組裝式極柱，再到環(huán)氧澆注固封式極柱；斷路器的操動機構(gòu)從復(fù)雜裝配機構(gòu)到模塊化機構(gòu)，再到永磁機構(gòu)；各項技術(shù)都得到了極大的發(fā)展。KYN28-12金屬鎧裝移開式開關(guān)柜可配用VD4（ABB）、HVX12 或 EV12（施耐德）、3AE1（西門子）、VS1（森源）、CV2-12（常熟）等廠家的真空斷路器設(shè)備。

（2）開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計：就當(dāng)前KYN28-12金屬鎧裝移開式開關(guān)柜設(shè)備的結(jié)構(gòu)來看，柜體主要包括5個部分，即含儀表室、電纜室、手車室、電纜室，母線室和柜頂小母線室，柜頂設(shè)有二個泄壓通道，這幾個間隔小室結(jié)構(gòu)之間既彼此聯(lián)系，又相互獨立。每一個小室構(gòu)成部分都具備各自的功能。柜體主要采用厚度2mm敷鋁鋅板板材經(jīng)數(shù)控機床加工后鉚接而成，柜體結(jié)構(gòu)先進、緊湊、合理、安全可靠、性能優(yōu)越。

（3）傳感器和保護繼電器技術(shù)：傳感器和保護繼電器是緊密相連，技術(shù)同步演進。傳感器如“眼睛”，將電流圖像傳送給“大腦”保護繼電器，后者分析圖像以確定信號為正常或故障。從機電式設(shè)計的老式保護繼電器到如今新型數(shù)字繼電器只需要低功率電流互感器（LPCT）提供信號。低功耗傳感器和數(shù)字電表有效提升控制和監(jiān)控能力：緊湊型低功率電子式電流互感器（LPCT）和低功率電子式電壓互感器（LPVT）可取代傳統(tǒng)的大型CT和VT。

2 10kV高壓開關(guān)柜的設(shè)計要點

（1）絕緣間距。電力系統(tǒng)是供電部門的核心系統(tǒng)，在高壓開關(guān)柜電氣設(shè)計時，需要對交流電進行分配，需要保證絕緣距離的準確性，否則在運行的過程中就會出現(xiàn)弧光放電及短路問題，嚴重的還會直接導(dǎo)致供電系統(tǒng)的崩潰。安全凈距在電力標(biāo)準有明確規(guī)定，一般情況下，以海拔1000米的高度作為分界點，在1000米及以下的時候，10kV等級的開關(guān)柜設(shè)備確保一次元件相對地及相對相間之間的安全凈距不能少于125mm；對于高海拔地區(qū)因空氣壓力、密度、絕對濕度和溫度等方面的改變對高壓開關(guān)柜的影響，應(yīng)加大爬電距離、增加絕緣距離、改進母排形狀防止尖端放電，具體10kV等級相對地，及相和相間的絕緣距離，則需嚴格按照GB3906相關(guān)標(biāo)準適當(dāng)修正絕緣距離。

（2）爬電距離。電力系統(tǒng)是電力部門的核心系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中，高壓開關(guān)柜設(shè)備中各種組件及其支撐絕緣件（純瓷絕緣件和有機絕緣件）的外絕緣爬電比距有明確的規(guī)定，根據(jù)絕緣污穢等級通常要求在Ⅱ級污穢對于純瓷爬電比距為18mm/kV，對于有機絕緣要求爬電比距在20mm/kV以上。為了滿足以上技術(shù)要求，我們所采取的方法是要求配套生產(chǎn)廠家增加絕緣子的傘群，若高壓開關(guān)柜的室內(nèi)運行環(huán)境比較潮濕，可將帶溫控裝置加熱器裝在高壓開關(guān)柜電纜室、斷路器室中，以防出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

（3）開關(guān)柜五防聯(lián)鎖。為了保證電力網(wǎng)的安全運行，開關(guān)柜需設(shè)有完善的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，以保證操作合理可靠及操作人員的人身安全，防止操作人員誤操作。國家標(biāo)準對高壓開關(guān)設(shè)備“五防”閉鎖設(shè)計有著明確的要求。即我們在設(shè)計制造開關(guān)柜設(shè)備時，必須遵守以下設(shè)計原則：①高壓開關(guān)柜內(nèi)只有當(dāng)手車鎖定在試驗位置或工作位置時，手車上的電氣閉鎖回路才能接通，同時手車底盤車內(nèi)阻止斷路器合閘的聯(lián)鎖機構(gòu)才能解鎖，斷路器才能合閘。當(dāng)手車推在中間位置時，斷路器的電氣合閘閉鎖回路和合閘機械傳動機構(gòu)均被閉鎖，斷路器不能合閘。（防止帶負荷合閘）。②高壓開關(guān)柜內(nèi)接地開關(guān)在合閘狀態(tài)時，接地開關(guān)操作軸上的聯(lián)鎖機構(gòu)將阻擋手車移動，阻擋手車不能向工作位置推進。（防止帶接地線合閘）。③高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器在工作位置并處于合閘狀態(tài)時，柜體前門后門應(yīng)該用接地開關(guān)上的機械聯(lián)鎖構(gòu)件或閉鎖電磁鐵與柜門閉鎖。（防止誤入帶電間隔）。④在進行高壓開關(guān)柜設(shè)計時，只有當(dāng)斷路器手車處于試驗位置或移開位置時，手車上阻檔接地開關(guān)關(guān)合的聯(lián)鎖機構(gòu)才能解鎖，這時開關(guān)柜設(shè)備的接地開關(guān)才能進行合閘。（防止帶電合接地線）。⑤高壓開關(guān)柜內(nèi)的斷路器手車在工作位并處于合閘狀態(tài)時，手車底盤車內(nèi)阻止手車移動的機構(gòu)閉鎖，無法從工作位置推出手車。（防止帶負荷拉刀閘）

（4）防護等級。高壓開關(guān)柜屬于高壓帶電設(shè)備，為了防止人體接近高壓開關(guān)柜的高壓帶電部分，在開關(guān)柜設(shè)計時，我們必須考慮高壓柜體防護等級的要求。雖然開關(guān)柜設(shè)計時，我們可以設(shè)計更高的等級，但隨著等級的提高，在進行設(shè)備生產(chǎn)的過程中，費用也會相應(yīng)提高，同時散熱的各項條件也會隨之變差，所以不能單獨追求高的防護等級。防護等級一般以外殼為IP4X，手車室門打開時為IP2X為宜。

（5）合理進行接地設(shè)計。在高壓開關(guān)柜電氣設(shè)計中，接地設(shè)計是重要組成部分。高壓開關(guān)柜中的電器元件均帶電的，要求電氣元件需安全可靠接地，確保在檢修設(shè)備時檢修人員人身安全。接地系統(tǒng)設(shè)計時需設(shè)計專用接地母排，并連接到地網(wǎng)。

3 結(jié) 語

綜上所述，隨著國民經(jīng)濟及科技的快速發(fā)展，國民對電力穩(wěn)定性及可靠性要求愈來愈高，10kV高壓開關(guān)柜作為輸配電系統(tǒng)中最重要的控制和保護設(shè)備，對其進行電氣設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該不斷進行完善，相關(guān)設(shè)計部門應(yīng)該高度重視這項設(shè)計內(nèi)容。嚴格執(zhí)行10kV高壓開關(guān)柜的設(shè)計規(guī)范，確保開關(guān)柜的電氣及結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠滿足市場需求，真正提高產(chǎn)品的性能，更好的將產(chǎn)品的功能作用充分發(fā)揮出來，最終實現(xiàn)對系統(tǒng)的優(yōu)化與完善，確保配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，促進我國電力事業(yè)的健康發(fā)展。