淺談12 KV高壓柜設(shè)計使用問題與解決方案

徐紅衛(wèi)

上海寶臨電氣集團有限公司

1 KYN28A-12高壓柜結(jié)構(gòu)介紹

目前，我國電力系統(tǒng)中使用的KYN28A-12高壓柜的結(jié)構(gòu)主要是組裝式的結(jié)構(gòu),柜體裝配形式可為鉚釘或鉚螺母或其他，柜體主框架（包括頂蓋、底板、側(cè)板）材質(zhì)為敷鋁鋅板，前后門板材質(zhì)為冷軋鋼板，表面作噴塑處理，大電流柜體部分可采用防止渦流的非導磁材料。主框架及門板的板材厚度為2 mm，尺寸允許偏差滿足GB/T 708《冷軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》的B 級精度要求。柜體外殼防護等級達到IP4X 及以上。

此結(jié)構(gòu)之所以得到廣泛應用的原因是其具有安裝過程較為簡單、方便操作以及靈活性較強的特點，在安裝過程中可以根據(jù)實際安裝情況對高壓柜中的小部件進行調(diào)整,使其能夠滿足安裝的要求。KYN28A-12 高壓柜由電纜室、儀表室、斷路器室、母線室以及小母線室構(gòu)成，詳見圖1-1。隔室之間的防護等級達到IP2X 及以上。

圖1-1 KYN28A-12 高壓柜構(gòu)成

電纜室是連接電纜的重要場所，同樣也是安裝電氣元件的場所，需要安裝的電氣元件主要有互感器、接地開關(guān)和一些防雷裝置等；儀表室是安裝二次元件的重要場所，二次元件的正確安裝對KYN28A-12 高壓柜的功能有著重要的影響；斷路器室是斷路器運行的重要場所，經(jīng)常使用的斷路器包括固定式和手車式兩種, 這兩種斷路器各有優(yōu)缺點，使用人員需要根據(jù)實際情況選擇合適的斷路器，從而使KYN28A-12 高壓柜能夠正常進行工作；母線室是安裝母線的重要場所，母線室內(nèi)安裝的母線需要有較高的動能及熱能，而小母電室安裝的母線沒有明確的要求,只是安裝一些較為簡單的母線。

12 kV 手車式開關(guān)柜典型結(jié)構(gòu)方案共計有7大類典型結(jié)構(gòu)方案、12 小類典型結(jié)構(gòu)方案。其中7 大類典型結(jié)構(gòu)方案包括架空進線柜、電纜進線柜、電纜出線柜、分段柜、隔離柜、PT 柜、所用變壓器柜。其中架空進線柜含4 小類結(jié)構(gòu)方案，電纜進線柜、PT 柜各含2 小類結(jié)構(gòu)方案，電纜出線柜、分段柜、隔離柜、所用變壓器柜各1 類結(jié)構(gòu)方案。方案匯總見表1-1。

表1-1 12 kV 手車式開關(guān)柜設(shè)計方案參數(shù)匯總表

2 技術(shù)參數(shù)和性能要求

2.1 額定參數(shù)

根據(jù)額定電流、額定短路開斷電流確定以下6 個參數(shù)序列(見表2-1），以滿足配網(wǎng)需要和變電站對12 kV 開關(guān)柜的技術(shù)要求。

表2-1 KYN28A-12 高壓柜技術(shù)參數(shù)

2.2 主要元件的要求

1）真空斷路器應符合GB、DL、SD、IEC 和制造廠所在國的有關(guān)標準。真空泡及彈簧操作機構(gòu)等主要部件應為國內(nèi)先進或原裝進口。真空斷路器統(tǒng)一采用彈簧操作機構(gòu)與斷路器本體一體化中置式結(jié)構(gòu)，斷路器底盤車接地方式可采用底盤車兩側(cè)鴨嘴觸片與開關(guān)柜銅鐵導軌摩擦接觸方式，如圖2-1 所示。

圖2-1 底盤車兩側(cè)鴨嘴觸片與開關(guān)柜銅鐵導軌摩擦接觸方式

2）手車室防護板處需要印刷“工作位置”“試驗位置”標識，用以表示手車的行進位置。

3）斷路器手車應靈活輕便, 當斷路器處于“試驗”位置時,手車應自動與接地母線相連接(接地母線一般不小于50×5 銅母線)。

4）把大電流按規(guī)定/比例變成小電流的電氣設(shè)備,稱為電流互感器。統(tǒng)一采用干式電磁式環(huán)氧澆注結(jié)構(gòu)。穿芯式電流互感器柜間穿排孔需作封堵，以滿足防護等級要求，電流互感器二次的電流一般多為5 A 或1 A, 以供給電流測量裝置和繼電保護裝置的電流線圈電流。電流互感器的布置便于維護、調(diào)試和檢修。

5）電壓互感器是用來測量電網(wǎng)高電壓的特殊變壓器,統(tǒng)一采用干式電磁式環(huán)氧澆注式全絕緣結(jié)構(gòu)的電壓互感器，它能將高電壓按一定比例轉(zhuǎn)換為較低的電壓后,再連接到儀表上去測量。電壓互感器無論原邊電壓是多少伏, 而副邊電壓一般均規(guī)定為100 V, 以供給測量裝置和繼電保護裝置的電壓線圈所需要的電壓；電壓互感器一般為三相式接線；每個電壓互感器,都應提供三個一次側(cè)熔斷器。10 kV 為中性點不接地系統(tǒng), 為了防止鐵磁諧振過電壓，該系統(tǒng)中的電壓互感器采取二次開口三角形加微機消諧的方式。在10 kV 電網(wǎng)中, 通常采用三只單相三繞組電壓互感器或者一只三相五柱式電壓互感器的接線形式。必須指出, 不能用三相三柱式電壓互感器做這種測量。

6）所用變壓器

所用變壓器統(tǒng)一采用環(huán)氧澆注干式變壓器。所用變壓器的主要參數(shù)應按照表2-2 的規(guī)定。

表2-2 所用變壓器的主要參數(shù)

7）避雷器

統(tǒng)一采用硅橡膠外套復合絕緣形式的結(jié)構(gòu)。避雷器的主要參數(shù)應按照表2-3 的規(guī)定。

表2-3 避雷器的主要參數(shù)

8）加熱器和溫濕度控制器

應安裝手動長投和溫控自動各一組。手動長投在電纜室、手車室各50 W。

溫控由自動溫控器控制，電纜室、手車室各100 W，如相對濕度≥75%啟動，相對濕度≤65%斷開；溫度≤5 ℃啟動，溫度≥15 ℃斷開等。

加熱器采用硅膠外套，防止人員燙傷。

加熱器的安裝位置應盡量遠離一、二次元件及二次導線，防止絕緣老化。

2.3 一般應具有的功能

為了使運行人員在饋線斷路器手車拉出的情況下, 測量電動機的絕緣電阻,在開關(guān)柜后部電纜室的部位設(shè)一個可開啟的柜門。該門的操作應符合“五防”要求。

作為建議，提出方案如下：開啟后門的鑰匙固定在斷路器手車內(nèi), 只有當手車拉出后, 操作人員才能取出鑰匙開啟后門(注：后門在開啟位置時, 鑰匙不能抽出) 。當后門關(guān)閉, 由運行人員抽出鑰匙并插回手車上的固定鎖孔后,斷路器手車方能推入柜內(nèi), 恢復工作狀態(tài)（這套連鎖方案俗稱：程序鎖）。

手車室要求：手車室內(nèi)要安裝有特定的導軌，可輕巧地推進或抽出手車；在靜觸頭前端裝有活門機構(gòu)，手車從試驗位置移至工作位置過程中活門自動打開，當手車從工作位置移至試驗位置時，活門自動關(guān)閉；手車室內(nèi)有隔離位置、試驗位置及工作位置，且每一位置均設(shè)有定位裝置；手車應能在柜門關(guān)閉時操作；觀察窗玻璃應具備防爆要求，柜門關(guān)閉時柜體防護等級應能達到IP4X。

電纜室的要求：電纜室內(nèi)應有足夠的空間，能夠安裝電流互感器、過電壓保護器、接地開關(guān)及零序電流互感器，并能使10 kV 電纜頭安裝在電纜室內(nèi)；接地母排截面積應能承受柜體熱穩(wěn)定電流的要求；連接電纜的柜底配置非導磁金屬封板。

母線室的要求：主母線采用銅母線。母線的搭接及其緊固件的選用符合GBJ 149-90 的要求。

繼電器室的要求：要留有布置二次設(shè)備的足夠空間。

零序電流互感器按下列條件選擇：根據(jù)國標相關(guān)規(guī)定執(zhí)行,主要參數(shù)為XX/1A, 10P5, 10～15 VA；有的需要把零序電流互感器的兩根線反接, 而且安裝時要考慮裝設(shè)電纜的方便。

每一個工程現(xiàn)場一定要有轉(zhuǎn)運小車用于保證在現(xiàn)場對斷路器手車、電壓互感器手車、隔離手車等進行檢修時, 把這些手車從柜內(nèi)抽出時放在轉(zhuǎn)運小車上。一般情況下,如果現(xiàn)場高壓開關(guān)柜不超過5 面時,通常配一臺轉(zhuǎn)運小車,如果現(xiàn)場的屏比較多,需要用多臺小車運轉(zhuǎn),才能滿足現(xiàn)場有大量的檢修時轉(zhuǎn)運。

進線柜的進線方式，是從柜底電纜進線或是在屏柜頂上架空進線，需要與用戶進行溝通, 如果是在柜底電纜進線，柜深做成1 500 mm 即可，但如果是柜頂上架空進線,需要柜深1 660 mm,否則柜內(nèi)的銅排難以布置。在工程施工時經(jīng)常有設(shè)計員把高壓柜的柜深填錯, 應為1 660 mm, 而填成1 500 mm, 使柜體返工,與其連接的母線橋尺寸也需返工重新制作；另外，當高壓柜屏中電流較大時，內(nèi)部元器件尺寸會較大，這時要注意把屏寬由原來的800 mm 寬改成1 000 mm 寬,一定需要記住高壓接地開關(guān)要填1 000 mm 寬。如果是在柜底電纜進線, 因為電流互感器是正向放置,下口接進線端,這時需要把電流互感器的兩個二次端反著接線，電氣回路才是正確的。帶手車的航空插頭芯數(shù)要填正確；帶手車的航空插頭芯數(shù)對接線一定要在每一個上接一根線，如果上面兩個接線時，航空插頭就會接不上。在與手車配套的靜觸頭時也要注意, ABB 的VD4 的觸頭比國內(nèi)常規(guī)用的小, VD4-12 1250A 31.5 KA 抽出式，相間距210 mm,極距205 mm，適用于KYN28A-12的800 mm 寬柜，所用的靜觸頭為ф 35＊72；而國產(chǎn)的VS1-12 1250A 31.5 kA 抽出式，相間距210 mm，極距275 mm ,適用于KYN28A-12 的800 mm 寬柜,所用的靜觸頭為ф 49＊82。如果不注意很容易弄錯。

在高壓柜上應用我廠自己生產(chǎn)的一些保護裝置時，要注意有的產(chǎn)品有其特殊性。PT 保護裝置ARV-851、ARV-851A、SR-196 在工程設(shè)計時，為了實現(xiàn)后臺遙控PT 并列、解列功能，將裝置邏輯插件的C21、C20 端子(PT 并列信號) 作為并列狀態(tài)的指示, 接入主板普通開入量中。調(diào)試人員在后臺RTU 遙信狀態(tài)中將該開入量遙信點按遙控斷路器方式組遙控,就可以通過外部真實并列狀態(tài)的接入實現(xiàn)遙控。

綜保裝置：當外部開入量由光隔模塊轉(zhuǎn)接引入裝置主板時,裝置電源與光隔模塊電源要分開,即各自采用獨立的空開供電。高壓柜的儲能電機回路要求采用獨立的空開供電。直流微斷開關(guān)各廠家+、-極性定義不同, 設(shè)計時需要注意。高壓柜內(nèi)部繼電器室空間很小,如果控制回路很復雜, 選中間繼電器時不擬選JZ7 類型的繼電器,尺寸過大, 繼電器室內(nèi)放不下, 擬改成小型中間繼電器。在設(shè)計時,需考慮繼電器尺寸,在設(shè)計中可以避免元器件太滿而繼電器室太小放不下的情況。搖門的開搖門一般開成網(wǎng)狀門,這樣在小室內(nèi)方便安裝元器件,儀表門有狀態(tài)指示器時,需要開走線孔,一般小母線為15節(jié), 但有時小母線特別多,小母線為20 節(jié), 要把小母線室加高。

3 關(guān)注工程中的特殊要求

3.1 殼體防護等級

主要關(guān)注現(xiàn)場的工作條件是否惡劣,是否有粉塵、霉霧等,在化工廠一般存在此類情況,如果有這些情況存在,就需要加大防護等級。母排是否需要加熱縮套管，如果加熱縮套管可以增強安全系數(shù)。隨屏是否需供備品備件(特別是一些經(jīng)常容易損壞的元件如熔斷器芯子等, 信號燈和按鈕接點等)，以備現(xiàn)場不時之需。母線橋制作方式，建議要和現(xiàn)場核對尺寸, 以免按圖紙制作，而現(xiàn)場位置發(fā)生更改時, 母線橋與屏之間不配套。小母線提供紫銅棒還是銅導線,尤其是現(xiàn)場已經(jīng)有屏,而現(xiàn)在是進行現(xiàn)場改造,涉及與現(xiàn)場拼柜,一定要關(guān)注此類問題。

3.2 KYN28A-12 高壓柜結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中的問題

1）元器件之間的距離存在問題

元器件之間必須保持一定的安全距離,如果元器件之間的距離比較近,經(jīng)常會出現(xiàn)線路短路的情況, 甚至會導致電力系統(tǒng)不能正常運行, 為了減少此類問題的發(fā)生, KYN28A-12 高壓柜結(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要嚴格按照相關(guān)標準規(guī)定進行設(shè)計, 我國電力法規(guī)規(guī)定,在1 km 之內(nèi)的元器件之間的距離必須超過125 mm,在1 km 之上的元器件之間的距離需要以實際情況為依據(jù)作進一步的調(diào)整。我國有的配電室的面積比較小, 不能實現(xiàn)元器件之間距離的要求,針對此類情況可以將KYN28A-12 高壓柜的尺寸進行縮小, 因此需要使用團裝模塑料或超級鍍膜絕緣板來增加相間和相對地的絕緣距離。如果采用絕緣板來增大帶電體的電氣間隙,絕緣板會因為長時間使用出現(xiàn)絕緣性能降低的現(xiàn)象,為了有效控制此類現(xiàn)象,需要定期對絕緣板進行檢查、檢測,及時發(fā)現(xiàn)問題及時進行解決。

2）兩個相鄰導體之間的距離存在問題

沿絕緣表面測得的兩個導電零部件之間距離稱為爬電距離,我國電力相關(guān)規(guī)定中對單位電壓下絕緣子表面的爬電距離有明確的要求, 要求純瓷絕緣材質(zhì)的爬電比距為20 mm/kV。有機絕緣材質(zhì)的爬電比距為18 mm/kV，但是在KYN28A-12 高壓柜結(jié)構(gòu)設(shè)計中很難實現(xiàn)規(guī)定的要求,為了解決這個問題,電元件的廠家會采取增高和增多裙邊的方法,從而使絕緣件的爬電距離符合要求。

3）海拔修正

海拔高于1 km 處的開關(guān)設(shè)備，其外絕緣在標準參考大氣條件下的絕緣水平是將適用場所要求的絕緣耐受電壓乘以海拔修正系數(shù)Ka。修正系數(shù)Ka 可按下式計算。

式中：H——設(shè)備安裝地點的海拔高度，單位m。

a——指數(shù)，取值為1（適用雷電沖擊、空氣間隙和短時工頻耐受電壓）；取值為0.9 適用縱絕緣操作沖擊電壓）；取值為0.75（適用相對地操作沖擊電壓）。

4）五防連鎖過程存在問題

五防連鎖主要由防止斷路器誤分誤合、防止人進入帶電的間隔室、防止帶電進行接地開關(guān)的操作、防止帶負荷進行隔離開關(guān)的分離操作和防止設(shè)有臨時接地線構(gòu)成?，F(xiàn)階段,在KYN28A-12 高壓柜結(jié)構(gòu)設(shè)計主要涉及了機械連鎖和機械程序鎖等，機械連鎖實現(xiàn)了KYN28A-12 高壓柜中的所有部件的聯(lián)系,根據(jù)操作程序的要求進行實際操作。機械連鎖的可靠性非常高,在相關(guān)設(shè)備工作中,如果不是人為進行破壞將會始終處于正常工作的狀態(tài)。五防連鎖的結(jié)構(gòu)有一定的復雜性,并且涉及技術(shù)較多，對工藝的要求也比較高, 相對而言，機械程序鎖操作起來非常簡單,但是因為其存在萬能鑰匙會出現(xiàn)很多問題,因此設(shè)計人員在設(shè)計過程中需要根據(jù)實際情況選擇合適的方法。

5）防護等級

防護等級是KYN28A-12 高壓柜設(shè)計過程中較為重要的內(nèi)容,只有防護等級達到相關(guān)規(guī)定的要求,才能發(fā)揮其保護作用,防護等級不宜過低或者過高,過高會加大投入的成本,并且KYN28A-12 高壓柜的散熱性能也會降低,在設(shè)置防護等級時應該根據(jù)具體情況而定。

4 結(jié)束語

本文對KYN28A-12 高壓柜設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了詳細地分析和研究,通過對高壓柜進行深入地分析并且給出了一些有效的解決措施,使電能得到合理、科學地使用。希望我國電力部門可以根據(jù)自身存在的問題借鑒上述措施進行改進和完善,使電力系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定地運行。