10kV配電工程開關(guān)柜設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

唐梅生 莫紹肆 李賀支 盧勝 郭鵬

（廣西貫鼎電氣有限公司，廣西北海 536000）

0.引言

由熱繼電器、熔斷器、接觸器等部件組成的傳統(tǒng)開關(guān)柜主要應(yīng)用于配電網(wǎng)電氣控制中，由于結(jié)構(gòu)存在弊端，統(tǒng)開關(guān)柜存在操作、維修及安全保障等方面問題。隨著科技的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)開關(guān)柜逐漸無法滿足現(xiàn)代電氣系統(tǒng)的需求。當(dāng)前的新型智能開關(guān)柜設(shè)備融合了多種新技術(shù)，其將數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用于電力控制領(lǐng)域中，使配電開關(guān)柜變得智能化、操作簡(jiǎn)潔化，同時(shí)具備了自我保護(hù)功能。從配電開關(guān)柜配置安裝至后期使用與維修，減少了人力工作量，并在減少人工操作故障可能性的同時(shí)，提高了電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。

1.10kV配電開關(guān)柜概述

10kV配電開關(guān)柜結(jié)構(gòu)主要由接觸器、高壓斷路器、互感器、隔離開關(guān)等裝置組成，形成相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)、測(cè)量控制及保護(hù)功能，此部分為高壓開關(guān)柜調(diào)節(jié)裝置；有支持件、輔件以及連接件組成的部分則為高壓開關(guān)柜的配電裝置。根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)分配及接收電能的標(biāo)準(zhǔn)，10kV高壓開關(guān)柜通常采用復(fù)合絕緣材料作為絕緣介質(zhì)。若不嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及客戶需求滿足高壓開關(guān)柜絕緣性能，在后期生產(chǎn)使用中設(shè)備將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重運(yùn)行事故，進(jìn)而導(dǎo)致危及相關(guān)工作人員人身安全的重大安全問題[1]。

高壓開關(guān)柜的主要作用是將用戶終端與發(fā)電站連接為一個(gè)整體，還包括與配電線及變電站的連接。較之于發(fā)電站或者變電站中其他精密儀器，高壓開關(guān)柜系統(tǒng)的復(fù)雜程度并不高。與絕緣性能設(shè)計(jì)同理，在高壓開關(guān)柜走線設(shè)計(jì)中同樣需要嚴(yán)格遵循國(guó)家相關(guān)法律規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)和配置，目前常見的走線方式有旁路母線法及單雙電源兩種方式，需要保障運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性等。在設(shè)計(jì)方案中電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性及穩(wěn)定性是需要考慮的首要問題，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定是電力配給供給的主要保障之一；其次，需要考慮電力系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益，在當(dāng)下大力踐行環(huán)保理念的環(huán)境下，電力系統(tǒng)及高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)也應(yīng)響應(yīng)時(shí)代主題，以節(jié)約能源為主要目的，盡可能使電力系統(tǒng)在運(yùn)行中產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)效益。

2.10kV配電開關(guān)柜設(shè)計(jì)

使用復(fù)合固體絕緣材料制作的配電開關(guān)柜具備了全密封性能和全絕緣性能，從而提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及能效；同時(shí)采用了嵌入式系統(tǒng)作為核心控制設(shè)備，使智能開關(guān)柜在硬件條件有限的情況下，實(shí)現(xiàn)本地控制、遠(yuǎn)程控制及其他智能功能[2]。10kV智能開關(guān)柜控制單元如圖1所示。

圖1 智能控制單元功能

2.1 饋線斷路器開關(guān)柜

在饋線斷路器開關(guān)柜設(shè)計(jì)中，筆者將以典型饋線斷路器開關(guān)柜為例進(jìn)行分析。此類型開關(guān)柜主要配置監(jiān)測(cè)單元及智能保護(hù)控制配件，因此具備自我診斷、恢復(fù)以及自我監(jiān)控等智能功能。其系統(tǒng)核心為智能控制裝置及繼電保護(hù)裝置兩部分，其內(nèi)部測(cè)量元器件和故障檢測(cè)元器件等智能電子設(shè)備，可通過RS485網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成主要網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心連接，達(dá)到本地控制以及遠(yuǎn)程控制的目的。控制指令可由項(xiàng)目監(jiān)控中心發(fā)出，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至終端設(shè)備，進(jìn)行遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)工作，同時(shí)也可通過終端控制裝置對(duì)設(shè)備進(jìn)行手動(dòng)控制。

2.2 10kV智能開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

母線室、電纜室、低壓室以及核心單元等模塊是10kV智能開關(guān)柜的主要組成部分。核心單元包括傳動(dòng)系統(tǒng)、操作機(jī)構(gòu)和傳感器等部件對(duì)電纜室配對(duì)的電纜測(cè)試模塊則需要選配。與傳統(tǒng)電氣系統(tǒng)中開關(guān)柜不同的是，新型開關(guān)柜中可使用3種操作機(jī)構(gòu)。首先，智能開關(guān)柜操作機(jī)構(gòu)具備快速分閘能力，可用于保護(hù)斷路器，因此主要使用于變壓器中，使其在電氣系統(tǒng)于發(fā)生接地故障以及相間故障時(shí)，無須輔助電源便可解決此類故障；其次則是具備可配電動(dòng)操作特性的操作機(jī)構(gòu)，不具備快速分閘能力，但可使用于負(fù)荷開關(guān)中；再者為具備重合閘功能的操作機(jī)構(gòu)，多數(shù)用于保護(hù)重載斷路器以及電氣線路當(dāng)中。

論及智能開關(guān)柜主母線設(shè)計(jì)，則需要將設(shè)計(jì)重點(diǎn)至放在于額定電流的控制上。主母線規(guī)格參數(shù)屬于設(shè)計(jì)前必要確認(rèn)的數(shù)值。主母線額定電流的設(shè)計(jì)中，還需要在設(shè)計(jì)中注意主母線規(guī)格與分支母線規(guī)格的一致性，在通常情況下要確保分段柜、進(jìn)線柜以及聯(lián)絡(luò)柜分支母線的規(guī)格以及其是否達(dá)到額定電流設(shè)計(jì)要求。

在高壓真空斷路器設(shè)計(jì)中，需要考慮電流故障發(fā)生時(shí)如何防止事故危害擴(kuò)大，在通常情況下斷路器主要在斷開與接通回路電流中起作用。為防止事故危害進(jìn)一步擴(kuò)大，智能開關(guān)柜中斷路器應(yīng)配備繼電保護(hù)裝置，使其在故障發(fā)生時(shí)可迅速切斷故障電流，協(xié)調(diào)配合保障電力可靠安全[3]。

2.3 10kV智能開關(guān)柜的電氣設(shè)計(jì)

智能開關(guān)柜具有通信、遠(yuǎn)程控制，計(jì)量以及自我保護(hù)等功能，設(shè)計(jì)人員對(duì)其二次接線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，使傳統(tǒng)開關(guān)柜接線工作簡(jiǎn)潔化，開關(guān)柜一次元件端子可直接與電流信號(hào)、斷路器狀態(tài)信號(hào)、電壓以及出口控制信號(hào)進(jìn)行連接。此類優(yōu)化設(shè)計(jì)，大量減少了相應(yīng)工作人員的工作量，提高了工作效率。

智能化開關(guān)柜電氣設(shè)計(jì)使其具備了智能數(shù)據(jù)處理功能，與傳統(tǒng)開關(guān)柜處理數(shù)據(jù)模式截然不同，設(shè)備采集的電流信號(hào)、接地故障、電壓及斷路器狀態(tài)信號(hào)等數(shù)據(jù)可由智能化測(cè)控設(shè)備自動(dòng)處理。在實(shí)現(xiàn)自主數(shù)據(jù)處理功能的同時(shí)，智能化裝置還具備了智能限時(shí)、自主保護(hù)以及實(shí)時(shí)控制等功能，通過通信接口將相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)控中心[4]。

3.10kV智能化開關(guān)柜的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，若開閉所內(nèi)部發(fā)生故障，智能開關(guān)柜能夠迅速切斷進(jìn)線開關(guān)，而當(dāng)開閉所的下游發(fā)生故障時(shí)，本級(jí)開關(guān)柜可與上級(jí)智能開關(guān)柜協(xié)調(diào)配合，選擇性切斷出線開關(guān)，最大限度減小開閉所故障對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)造成的危害。

另外，當(dāng)用戶配電所內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，智能開關(guān)柜能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)進(jìn)線開關(guān)的快速切斷，而當(dāng)配電所的下游有故障發(fā)生時(shí)（包含單相接地故障），智能開關(guān)柜可以選擇性切斷出線開關(guān)，有利于及時(shí)保護(hù)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行，同時(shí)避免用戶側(cè)故障造成的危害波及正常區(qū)域。

4.結(jié)語

采用了智能化電氣設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及饋線斷路器設(shè)計(jì)的配電開關(guān)柜具備優(yōu)秀的全絕緣和全密封性能，并且嵌入式操作機(jī)構(gòu)的應(yīng)用使配電開關(guān)柜具備了本地操作和遠(yuǎn)程監(jiān)視操控等功能，使配電開關(guān)柜可實(shí)時(shí)傳輸重要信息數(shù)據(jù)，保障了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。開關(guān)柜中通過優(yōu)化設(shè)計(jì)操作機(jī)構(gòu)及高壓真空斷路器，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，最大程度減少故障危害的擴(kuò)大。開關(guān)柜設(shè)計(jì)人員應(yīng)多總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，科學(xué)運(yùn)用設(shè)計(jì)手段，提升產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造水平，提高開關(guān)柜的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，不斷制造出性能優(yōu)質(zhì)的高壓開關(guān)柜。