開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造的分析與實(shí)踐

雷磊鑫

摘要：開(kāi)關(guān)柜作為一種重要的配電設(shè)備，在現(xiàn)代電網(wǎng)、工程建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。如何提高開(kāi)關(guān)柜性能，以滿足社會(huì)發(fā)展需要，是開(kāi)關(guān)柜發(fā)展變革的必然趨勢(shì)。基于此，本文詳細(xì)分析了開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造。

關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)柜;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);制造

開(kāi)關(guān)柜是電力系統(tǒng)中最重要設(shè)備之一，合理的設(shè)計(jì)與制造直接決定著電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了低成本、高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)柜制造設(shè)計(jì)，可從制造形式、結(jié)構(gòu)形式、機(jī)械制造工藝、電氣性能等方面對(duì)實(shí)際工作進(jìn)行分析，以降低生產(chǎn)成本，改善開(kāi)關(guān)柜外觀質(zhì)量，確保電氣安全，這項(xiàng)工作對(duì)成本、產(chǎn)品性能及質(zhì)量有著重要影響與意義。

一、開(kāi)關(guān)柜簡(jiǎn)介

開(kāi)關(guān)柜是配電的重要組成部分，在現(xiàn)代電網(wǎng)、工程建設(shè)中起著重要作用，所以提高開(kāi)關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造水平已成為發(fā)展變革的必然步驟。開(kāi)關(guān)柜柜體是其制造基礎(chǔ)，因而其結(jié)構(gòu)不僅要滿足柜體本身要求，還要滿足各電氣單元組合功能條件。

二、開(kāi)關(guān)柜操作要點(diǎn)

開(kāi)關(guān)柜工作時(shí)，先安裝后封板，關(guān)閉前下門(mén)，確保接地開(kāi)關(guān)主軸保持分閘狀態(tài)。用運(yùn)轉(zhuǎn)車(chē)將斷路器手車(chē)推入開(kāi)關(guān)柜，此時(shí)靜電插座指示燈亮起，然后關(guān)閉開(kāi)關(guān)柜前、中門(mén)，將斷路器手車(chē)位置從試驗(yàn)位置切換到工作位置，最后合閘斷路器手車(chē);維護(hù)開(kāi)關(guān)柜時(shí)，先分閘操作斷路器手車(chē)，再將斷路器手車(chē)從工作位置切換到試驗(yàn)位置，開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行指示燈熄滅，試驗(yàn)指示燈亮起。當(dāng)測(cè)試指示燈亮?xí)r，打開(kāi)前中門(mén)，拔下二次插頭，測(cè)試指示燈熄滅，最后將斷路器手車(chē)推出開(kāi)關(guān)柜，合上接地開(kāi)關(guān)，打開(kāi)下封板及前下門(mén)。

三、開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)與基本工藝特點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)中呈現(xiàn)出多種形式，這主要取決于其使用環(huán)境、電壓等級(jí)要求及制造商特點(diǎn)，形成了不同構(gòu)造特征，但主要有兩種構(gòu)造類(lèi)型：①抽出式。該開(kāi)關(guān)柜配有開(kāi)關(guān)等主要電氣元件的可移裝置及固定柜體，因柜體某些部分可互換，開(kāi)關(guān)等重要元件安裝在柜體可移動(dòng)裝置部件上，移動(dòng)件易于更換，移入后定位可靠，因此，需大幅提高其精度，抽出式部件必須具有較高機(jī)械強(qiáng)度和精度，并具有足夠的調(diào)整量。若相同類(lèi)型規(guī)格時(shí)可準(zhǔn)確互換。②固定式。此形式可確保所有部件牢固安裝在柜體中的正確位置。排列時(shí)中間不應(yīng)有凸起，因此，應(yīng)滿足整體外形要求。安裝過(guò)程中，地基平整較重要，并盡量抵消平整度與柜體橫向差值，一旦差值累積，柜體將變形，影響母線連接、組件異位安裝、應(yīng)力集中，甚至電氣件使用壽命。因此，排列時(shí)安裝參考點(diǎn)是地基最高點(diǎn)，安裝時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一調(diào)整易于運(yùn)輸及安裝影響部分。

2、加工方式

①焊接。焊接方法加工方便，結(jié)構(gòu)牢固，使用可靠，由于其較牢靠，焊接完后不易調(diào)整，還易變形，產(chǎn)生誤差等。另外，噴漆也存在一些困難，主要是因開(kāi)關(guān)柜總面積較大，這也會(huì)影響開(kāi)關(guān)柜外觀。因此，有必要不斷提高焊接人員技能及對(duì)焊接工藝的熟練度與精度。

②組裝。具有工作量小、降低外觀處理困難等優(yōu)點(diǎn)，主要用于構(gòu)件的一般加工。而且構(gòu)件外部尺寸不易產(chǎn)生誤差，因此可先進(jìn)行噴涂。然而，這種方法要求零件精度高，成本投入大。

③焊接和裝配聯(lián)合應(yīng)用。其在一定程度上避免了這兩種加工方法的缺點(diǎn)，這兩種加工方法的優(yōu)點(diǎn)集中在一起，能促進(jìn)開(kāi)關(guān)柜加工技術(shù)?？稍陂_(kāi)關(guān)柜連接主要部位用焊接方式，后期根據(jù)使用情況需改進(jìn)部件可用組裝方式，有利于后期性能的提高。

3、構(gòu)件取材分型材和板材。型材包括角鋼槽鋼，以及特殊鋼管與槽鋼。大部分角鋼槽鋼構(gòu)件以焊接形式連接，加工時(shí)，連接端應(yīng)吻合且少間隙，否則會(huì)影響焊縫，增加變形量;特殊鋼管構(gòu)件連接可焊接或緊固件連接，一般接頭應(yīng)配專(zhuān)用聯(lián)接件，聯(lián)接件應(yīng)牢固、正確，否則會(huì)影響柜體外觀。選用統(tǒng)一特性鋼管，在統(tǒng)一面上設(shè)置間距（模數(shù)）均勻的孔洞，提供統(tǒng)一通用聯(lián)結(jié)件，根據(jù)統(tǒng)一模數(shù)組合成柜體，以便柜體設(shè)計(jì)、備制構(gòu)件、生產(chǎn)準(zhǔn)備，但加工孔量多且用的少，空間利用率受到一定限制。板材構(gòu)件可根據(jù)需要定形，無(wú)預(yù)設(shè)成型條件限制。此類(lèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作量大，定型后變化小，結(jié)構(gòu)主要部件以焊接為主，變異處或需調(diào)處以緊固件（如低壓控制箱、控制臺(tái)等）連接為主。

四、開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

1、結(jié)構(gòu)形式的考慮。若事先已確定了開(kāi)關(guān)柜標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)者應(yīng)按國(guó)家政策與行業(yè)規(guī)范完成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮使用者，擴(kuò)大問(wèn)題范疇，便于后續(xù)維護(hù)等，按鍵和燈等可安裝在較低位置，方便了后續(xù)部件的維護(hù)或監(jiān)測(cè)等。若開(kāi)頭柜內(nèi)部零件出現(xiàn)不良問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)更換，以?xún)?yōu)化和簡(jiǎn)化維護(hù)操作。對(duì)元件操作及端子接線提高其合理性，并得到保證。為便于連接，操作者應(yīng)綜合考慮各線孔位置、規(guī)格及封閉性能等。

此外，還必須從根本上考慮開(kāi)關(guān)柜形成的分布狀態(tài)和所引發(fā)的影響，以全面提升其質(zhì)量、運(yùn)行性能，以及用戶效益。為便于操作，設(shè)計(jì)人員可適當(dāng)調(diào)整儀表處面板與高低差，并在偏下部位安裝開(kāi)頭轉(zhuǎn)換按鍵，這將提高其操作特性的便捷系數(shù)，可使用回路原理調(diào)節(jié)，以確保所有承載元件的正確分布。電流分布將變得更加平衡化，能有效存留少許余量。但若未預(yù)先定義開(kāi)關(guān)柜標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則可根據(jù)用戶要求和元件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等科學(xué)選擇，以提高開(kāi)關(guān)柜符合度。

2、考慮安全性能。設(shè)備運(yùn)行時(shí)，電弧是一種不可避免的現(xiàn)象，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備運(yùn)行。為提高開(kāi)關(guān)柜抗電弧能力，可在其內(nèi)部添加金屬隔板，以隔離形式提高開(kāi)關(guān)柜抗電弧性。而且可在開(kāi)關(guān)柜上增加相應(yīng)電弧檢測(cè)設(shè)備，監(jiān)督檢測(cè)其電弧狀態(tài)，設(shè)計(jì)時(shí)可將這兩種功能結(jié)合起來(lái)，提高開(kāi)關(guān)柜內(nèi)導(dǎo)電體電弧絕緣水平，以提高開(kāi)關(guān)柜電氣安全性能。此外，增加泄壓通道可進(jìn)一步提高開(kāi)關(guān)柜安全性能，增加泄壓通道旨在提高開(kāi)關(guān)柜人身防護(hù)水平，保持開(kāi)關(guān)柜穩(wěn)定運(yùn)行，手動(dòng)將柜內(nèi)異常情況下產(chǎn)生的氣壓引導(dǎo)至無(wú)害方向，但注意防止異物進(jìn)入，并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

3、考慮開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)。為提高開(kāi)關(guān)柜整體質(zhì)量水平，可在傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)柜設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加一些輔助設(shè)計(jì)。對(duì)于開(kāi)關(guān)柜的操作，可通過(guò)重新設(shè)計(jì)儀表板來(lái)優(yōu)化其操作效果;在開(kāi)關(guān)柜外觀設(shè)計(jì)中，焊接完后可對(duì)相關(guān)焊接點(diǎn)和表面拋光，使其外觀更加美觀;對(duì)于鈑金加工，可用一些高精度現(xiàn)代儀器來(lái)改進(jìn)開(kāi)關(guān)柜夾具和模具的設(shè)計(jì)。

五、開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前，我國(guó)加工制造業(yè)的智能化發(fā)展已成為行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。在開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造發(fā)展方面，未來(lái)的主要方向也是智能化。發(fā)展智能化開(kāi)關(guān)柜實(shí)現(xiàn)了自我診斷功能、故障記憶功能、負(fù)載控制功能、電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)功能等，實(shí)現(xiàn)了各個(gè)性能的優(yōu)化發(fā)展。這些優(yōu)化能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警，有效防止系統(tǒng)故障引起的電力安全問(wèn)題，為解決系統(tǒng)重復(fù)出現(xiàn)的問(wèn)題提供了一種良好的檢修方法。不良電流運(yùn)行量提示能有效防止系統(tǒng)故障，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋。智能化開(kāi)關(guān)柜可實(shí)現(xiàn)測(cè)量、保護(hù)、故障錄波與遙控等功能?？蓽y(cè)量電網(wǎng)電壓、電流和無(wú)功功率等，實(shí)現(xiàn)電流電壓、不平衡電壓和電流等的保護(hù)功能。故障發(fā)生前后2秒內(nèi)，各相電壓和零序電流波形，讀取故障，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遙測(cè)遙控，具有系統(tǒng)化、可通信、動(dòng)態(tài)化特點(diǎn)。它將現(xiàn)代傳感技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各種狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷和反饋，所以具有系統(tǒng)化特點(diǎn)。還能有效連接變電站智能配電系統(tǒng)、動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、智能開(kāi)關(guān)柜控制及保護(hù)單元，實(shí)現(xiàn)通信功能。隨著科技的進(jìn)步，各種創(chuàng)新技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用也將促進(jìn)開(kāi)關(guān)柜技術(shù)的進(jìn)步及進(jìn)一步發(fā)展。

總之，開(kāi)關(guān)柜是電氣系統(tǒng)用于發(fā)電、輸電、配電、轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)用電設(shè)備的開(kāi)合、控制和保護(hù)。主要由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)載開(kāi)關(guān)、各種保護(hù)裝置等組成，適用于發(fā)電廠和變電站等各種場(chǎng)所。

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