40.5 kV小電流開(kāi)關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與溫升驗(yàn)證

摘要：開(kāi)關(guān)柜作為一種電力控制設(shè)備，在國(guó)網(wǎng)、南網(wǎng)、工業(yè)、石油石化等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中電壓等級(jí)較高的40.5 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備，其重要性不言而喻?，F(xiàn)行市場(chǎng)對(duì)于小型化高質(zhì)量產(chǎn)品的需求不斷提高，鑒于此，提出一種滿足國(guó)家電網(wǎng)公司《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》（2018版）要求的40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬成套電力開(kāi)關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，結(jié)合溫升試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證分析，得到產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造達(dá)到使用要求的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：40.5 kV開(kāi)關(guān)柜;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);溫升試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM591 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1671-0797（2024）18-0001-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.001

0 引言

40.5 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備是中壓配電最高電壓等級(jí)產(chǎn)品，從20世紀(jì)90年代后期開(kāi)始出現(xiàn)小型化、抽出式產(chǎn)品。我國(guó)早期是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，隨著ABB ZS3.2產(chǎn)品的出現(xiàn)，大部分成套廠家開(kāi)始參考設(shè)計(jì)，使得一大批產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

國(guó)內(nèi)成套廠家開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品保留了ZS3.2產(chǎn)品里采用絕緣隔板作為復(fù)合絕緣來(lái)提升設(shè)備絕緣水平的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于絕緣隔板，部分成套廠家不是很重視，采用的絕緣材料普遍性能不良，絕緣隔板極易受潮失絕緣，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后絕緣性能下降，造成開(kāi)關(guān)設(shè)備故障頻發(fā)，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行;同時(shí)，絕緣隔板阻燃性能不佳，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)部絕緣故障時(shí)起火燃燒，甚至?xí)斐苫馃B營(yíng)的嚴(yán)重后果?？傊?，開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)用以加強(qiáng)絕緣的絕緣隔板等材料，在開(kāi)關(guān)柜發(fā)生絕緣故障時(shí)極易擴(kuò)大事故的范圍。

為確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，國(guó)家電網(wǎng)公司在2018年重新修訂了《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》文件，新修訂的措施條款“12.4 防止開(kāi)關(guān)柜事故”中明確指出，開(kāi)關(guān)設(shè)備空氣凈距應(yīng)滿足表1的要求[1]。

同時(shí)，新安裝的開(kāi)關(guān)柜禁止使用絕緣隔板。即使母線加裝絕緣護(hù)套和熱縮絕緣材料，也應(yīng)滿足空氣絕緣凈距離要求[1]。

另外，在解釋說(shuō)明條款中，針對(duì)40.5 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備的空氣凈距做了補(bǔ)充說(shuō)明：如采用固體絕緣封裝或硫化涂覆等技術(shù)，可適當(dāng)降低其絕緣距離要求，但絕緣凈距不得小于240 mm[1]。

新建的變電站，40.5 kV開(kāi)關(guān)柜按國(guó)網(wǎng)通用設(shè)備技術(shù)要求，柜寬均為1 400 mm/1 680 mm，這些按2018年頒發(fā)的《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》[1]要求執(zhí)行沒(méi)有問(wèn)題。但遇到舊站改造、地基利舊、與前期拼柜（前期設(shè)備柜寬為1 200 mm）或者工業(yè)&用戶（設(shè)備寬度為1 200 mm）按照國(guó)網(wǎng)反措要求驗(yàn)收的項(xiàng)目，空氣凈距（40.5 kV相間和相對(duì)地）≥300 mm[1]這一條款要求對(duì)現(xiàn)有1 200 mm寬的設(shè)備來(lái)說(shuō)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，亟需一種新的方案來(lái)滿足項(xiàng)目需求。因此，提出以下一種新的設(shè)計(jì)方案。

1 設(shè)備的設(shè)計(jì)制造技術(shù)

設(shè)備參數(shù)：1）額定電壓：40.5 kV;2）額定電流：1 250 A;3）外形尺寸：1 200 mm（寬）×2 500 mm（深）×2 600 mm（高）。

新產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路：基于現(xiàn)有40.5 kV/1 250 A/

1 200 mm寬的開(kāi)關(guān)設(shè)備方案，新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一次回路及相關(guān)殼體部分結(jié)構(gòu)，得到一種能滿足《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》的40.5 kV/1 250 A/1 200 m規(guī)格的開(kāi)關(guān)設(shè)備，同時(shí)結(jié)合《40.5 kV空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜絕緣優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案 1 400 mm》（2020版）要求[2]，開(kāi)關(guān)設(shè)備內(nèi)部分支母線選用60×12規(guī)格銅排，進(jìn)而達(dá)到空氣凈距≥300 mm（硫化涂覆≥240 mm）的要求[1]。

2 開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)

40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬開(kāi)關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)方案如下：

1）開(kāi)關(guān)設(shè)備外形尺寸設(shè)計(jì)：基于現(xiàn)有40.5 kV/1 250 A/1 200 mm設(shè)備尺寸進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，新開(kāi)發(fā)的設(shè)備尺寸按1 200 mm（寬）×2 500 mm（深）×2 600 mm（高）設(shè)計(jì)。

2）一次回路銅排選型：按40.5 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案文件要求[2]，額定電流1 250 A可選用1根60×12×R6全圓角銅排，同時(shí)受限于開(kāi)關(guān)設(shè)備1 200 mm寬度的要求，銅排表面需進(jìn)行硫化涂覆處理，以滿足空氣凈距的要求。

3）分支母線相間距離的設(shè)計(jì)：基于《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施》[1]文件要求，額定電壓40.5 kV的設(shè)備，母線如采用硫化涂覆技術(shù)，絕緣凈距不得小于240 mm，母線選用60 mm寬規(guī)格銅排，240+60=300 mm，考慮到硫化涂覆層的厚度要求，分支母線相間距離按305 mm考慮設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，相對(duì)地尺寸也≥240 mm，滿足反措條款要求[1]。

4）主母線選型：D型銅排，表面硫化處理。

5）接地開(kāi)關(guān)選型：接地開(kāi)關(guān)絕緣件帶高傘裙，接地開(kāi)關(guān)靜觸頭處于傘裙內(nèi)部，分支母線與接地開(kāi)關(guān)靜觸頭搭接位置亦處于傘裙內(nèi)。

6）電流互感器選型：電流互感器選用帶高傘裙產(chǎn)品，分支母線與電流互感器的搭接位于傘裙內(nèi)，電纜搭接位置也位于互感器傘裙內(nèi)。

7）絕緣子、傳感器選型：選用帶高傘裙的絕緣支撐件，目前與絕緣件的支撐搭接位置位于傘裙內(nèi)部。

8）主母線與分支母線搭接裸露處：選用絕緣接頭盒包覆。

9）端部開(kāi)關(guān)設(shè)備母線室封板：表面硫化處理，滿足對(duì)地凈距≥240 mm要求。

基于以上9點(diǎn)設(shè)計(jì)方案，主母線與開(kāi)關(guān)柜內(nèi)分支母線表面采用硫化涂覆工藝處理;主母線與分支母線搭接裸露處采用絕緣接頭盒包覆;開(kāi)關(guān)設(shè)備電纜室內(nèi)部選用高傘裙的元器件（電流互感器、接地開(kāi)關(guān)、絕緣子、傳感器等），使得銅排與元器件搭接位置的裸露銅排處于絕緣傘裙內(nèi)部，同時(shí)電纜搭接頭也在CT的絕緣傘裙內(nèi)，滿足了2018版國(guó)網(wǎng)十八項(xiàng)反措提出的40.5 kV開(kāi)關(guān)設(shè)備相間及相對(duì)地空氣凈距≥240 mm（硫化）的要求[1]。

結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

3 新方案溫升試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 溫升試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

關(guān)于溫升試驗(yàn)電流的規(guī)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的要求存在一定的差異。GB/T 3906—2020《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》[3]“7.5.1 溫升試驗(yàn)概述”中定義：“應(yīng)在額定的相數(shù)下通以額定電流進(jìn)行溫升試驗(yàn)，額定電流從母線端流向用于電纜連接的末端?！盌L/T 404—2018《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備》[4]“6.5.2 溫升試驗(yàn)設(shè)備的布置”中規(guī)定：“應(yīng)在規(guī)定的相數(shù)下，通以1.1倍的額定電流進(jìn)行，電流應(yīng)從母線的一端流向與電纜連接的末端或從電纜連接的一端流向與另一電纜連接的一端。”正常情況下，開(kāi)關(guān)設(shè)備制造廠家會(huì)按照最嚴(yán)苛的要求進(jìn)行溫升試驗(yàn)驗(yàn)證。本次40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬新開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的設(shè)備按照1.1倍額定電流（1 250×1.1=1 375 A）進(jìn)行溫升試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定關(guān)于溫升試驗(yàn)的解釋：GB/T 11022—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》“4.5.2 溫升”中規(guī)定“在溫升試驗(yàn)規(guī)定的條件下，當(dāng)周圍空氣溫度不超過(guò)40 ℃時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備任何部分的溫升不應(yīng)超過(guò)表3規(guī)定的溫升極限[5]”，截取表3相關(guān)內(nèi)容如圖2所示。

3.2 溫升試驗(yàn)執(zhí)行

此次溫升試驗(yàn)在額定電流為1 250 A的開(kāi)關(guān)設(shè)備（尺寸1 200 mm×2 500 mm×2 600 mm）上進(jìn)行，試驗(yàn)電流為1.1倍額定電流（即1 375 A），試驗(yàn)室內(nèi)空氣流速為0 m/s，試驗(yàn)時(shí)間為8 h，最后1 h內(nèi)溫升≤1 K，試驗(yàn)連接主母線規(guī)格為：1根D5。開(kāi)關(guān)設(shè)備溫升試驗(yàn)布置如圖3所示。

溫升試驗(yàn)測(cè)量點(diǎn)位置示意如圖4所示。

3.3 溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按3.2所述的配置進(jìn)行溫升試驗(yàn)，得到溫升數(shù)據(jù)如表2所示。

3.4 溫升試驗(yàn)結(jié)果分析

從此次溫升試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，測(cè)量點(diǎn)的溫升值滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求[5]，此次新設(shè)計(jì)的方案通過(guò)了溫升試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合溫升試驗(yàn)的驗(yàn)證提出了一種40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬開(kāi)關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，便于后續(xù)針對(duì)特殊項(xiàng)目執(zhí)行響應(yīng)，能較好地為用戶提供解決方案，進(jìn)而提升客戶滿意度，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 國(guó)家電網(wǎng)有限公司關(guān)于印發(fā)《十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施（修訂版）》的通知：國(guó)家電網(wǎng)設(shè)備〔2018〕979號(hào)[A].

[2] 40.5 kV空氣絕緣開(kāi)關(guān)柜絕緣優(yōu)化及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方案 1 400 mm（2020版）[S].

[3] 3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備：GB/T 3906—2020[S].

[4] 3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備：DL/T 404—2018[S].

[5] 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：GB/T11022—2011[S].

收稿日期：2024-05-09

作者簡(jiǎn)介：林有哲（1987—），男，福建三明人，工程師，研究方向：成套電力機(jī)械工程。