10kv高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

秦康

摘要：10kV高壓開關(guān)柜是目前廣泛使用的柜型。為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不斷改進(jìn)和完善高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能和效果。因此，重視開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分析問題產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)的解決方案，是非常重要的，應(yīng)得到相關(guān)部門的高度重視。

關(guān)鍵詞：10kV;高壓開關(guān)柜;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，不斷改進(jìn)和完善高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。結(jié)構(gòu)是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到產(chǎn)品的性能和效果。首先介紹了目前開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，并在此基礎(chǔ)上探討了解決問題的有效措施。實(shí)現(xiàn)10kV高壓開關(guān)柜的有效改進(jìn)。

一、10kV高壓開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)

目前，對于電力系統(tǒng)中涉及的高壓開關(guān)設(shè)備來說，其結(jié)構(gòu)主要是裝配的，因?yàn)檠b配的開關(guān)設(shè)備具有安裝簡單、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)，并且可以根據(jù)實(shí)際情況修改多個(gè)小部件以滿足不同的要求關(guān)于10kV高壓開關(guān)設(shè)備目前的結(jié)構(gòu)，主要由五個(gè)部分組成，即電纜室、儀表室、斷路器室、母線室和小母線室。這些部分相互聯(lián)系，相互獨(dú)立。每個(gè)組件都有自己的功能，其中電纜室主要是放置電纜和安裝電氣組件的地方，包括接地開關(guān)和防雷裝置。儀表室主要配備二級組件，通過正確安裝二級組件，可以有效控制電動(dòng)柜的功能。斷路器主要安裝在斷路器室。通常情況下，對于斷路器的安裝主要有固定式和手車式兩種安裝方式，固定式安裝方式的優(yōu)點(diǎn)在于操作簡單，而且安裝成本較低，但是靈活性較低;而手車式安裝方式的優(yōu)點(diǎn)則是可靠性高，能夠大幅度提高供電的安全性和穩(wěn)定性，但相應(yīng)的成本也比較高。安裝人員需要根據(jù)實(shí)際需求，選擇最佳的安裝方式。母線室中所安裝的母線大小和強(qiáng)度需要滿足一定的動(dòng)、熱穩(wěn)定值的要求。而小母線室則主要安裝一些簡單的小母線。只有妥善完成上述五部分的安裝工作，10kV高壓開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)才能科學(xué)合理，進(jìn)而提高設(shè)備的服務(wù)性能。

二、10kV開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題

高壓開關(guān)設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理直接關(guān)系到設(shè)備的有效性能。當(dāng)前，根據(jù)10kV高壓開關(guān)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，工藝中存在的主要問題主要包括以下五個(gè)方面。只有有效解決這些問題，我們才能從根本上提高開關(guān)設(shè)備的整體質(zhì)量，充分發(fā)揮其作用。

1.爬電距離。隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)用戶對系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。根據(jù)絕緣污染等級和實(shí)驗(yàn)技術(shù)條件的規(guī)定和要求，開關(guān)柜一次回路中的元件應(yīng)滿足相間絕緣和相對地絕緣。組件通常由各種絕緣部件支撐。絕緣件除了要滿足一定的絕緣水平外，在一定的污染水平下還應(yīng)具有良好的絕緣爬電距離。一般在正常環(huán)境下使用，污染等級為二級，一般推薦10kV高壓開關(guān)柜中絕緣部分的爬電距離為≧18mm/kv（瓷絕緣）和≧20mv（有機(jī)絕緣）。目前絕緣件廠家通過改變絕緣件傘裙的數(shù)量和高度來增加爬電距離，但為了安裝和后期維護(hù)方便，絕緣件的安裝尺寸一般不變。目前，10kV高壓開關(guān)柜中的絕緣件是成熟的產(chǎn)品，但由于廠家生產(chǎn)工藝和所用材料的不同，市場上絕緣件的絕緣水平和爬電距離也不盡相同。因此，在設(shè)計(jì)要求時(shí)，需要明確絕緣件的污染等級、爬電距離等技術(shù)要求，嚴(yán)格控制絕緣件的質(zhì)量檢驗(yàn)，以提高絕緣件的可靠性。

2.防護(hù)等級。設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)計(jì)幾級防護(hù)等級，能防止人體接近或接觸到高壓帶電部件。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中也要注意防護(hù)等級越高越好，因?yàn)榉雷o(hù)等級越高，生產(chǎn)成本越高，整體散熱性能越差，所以一般我們把防護(hù)等級設(shè)置在IP3X和IP4X。由于這些開關(guān)柜是常用設(shè)備，所以安全防護(hù)一定要滴水不漏，因?yàn)橐坏┌l(fā)生事故，電是無情的。10KV高壓開關(guān)柜屬于高壓帶電設(shè)備。為防止人員靠近高壓帶電部件和接觸高壓開關(guān)柜的活動(dòng)部件，在設(shè)計(jì)開關(guān)柜時(shí)，10KV固定式開關(guān)柜必須滿足防護(hù)等級IP3X的要求，可移動(dòng)式開關(guān)柜必須滿足防護(hù)等級IP4X的要求。

3.安全凈距。安全間隙是目前10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)中必須考慮的問題，主要針對設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中涉及的所有外露帶電電氣元件。如果這些電氣元

件之間沒有安全間隙，必然會(huì)導(dǎo)致短路現(xiàn)象，甚至直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)崩潰。要解決安全間隙問題，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)以海拔1000米的高度為分界點(diǎn)，確保電氣元件之間的安全間隙在1000米以下時(shí)大于125毫米，在1000米以上時(shí)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。如果配電室空間過小，無法滿足電氣元件間安全間隙大的需求，可以通過縮小高壓開關(guān)柜的尺寸，有效解決絕緣問題。此外，DMC和SMC絕緣板也能在一定程度上解決絕緣問題，但需要注意的是，使用這類材料時(shí)，需要保證開關(guān)柜帶電裸導(dǎo)體與絕緣板的間隙大于15mm。另外，隨著時(shí)間的不斷增長，保溫隔板的保溫性能也會(huì)下降，所以一定要定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)采取措施解決。

4.五防聯(lián)動(dòng)，即所謂的“五防聯(lián)鎖”，主要包括五個(gè)方面，即防止斷路器誤分、誤合，防止人員意外進(jìn)入帶電駕駛室，防止接地開關(guān)帶電操作，防止在負(fù)載下打開和關(guān)閉上下隔離開關(guān)，10kV高壓開關(guān)柜五級聯(lián)鎖的實(shí)施方式主要有機(jī)械聯(lián)鎖和程控機(jī)械聯(lián)鎖，機(jī)械聯(lián)鎖方式下的系統(tǒng)各部分相互連接，按相應(yīng)的操作規(guī)程操作程序。防5聯(lián)鎖的優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，在運(yùn)行中不會(huì)損壞設(shè)備。機(jī)械式程控門鎖結(jié)構(gòu)相對簡單，但由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，五防聯(lián)鎖內(nèi)容豐富，對加工工藝要求較高，由于結(jié)構(gòu)中存在外萬能鑰匙，人為操作失誤引起的各種問題不可避免，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)10kV高壓開關(guān)柜的實(shí)際操作需要，采用最佳的五級聯(lián)鎖方式。

5.溫度的變化。10KV高壓開關(guān)柜承受的電流強(qiáng)度相對較高，一般能承受的最高工作電流為4000A。如前所述，開關(guān)柜內(nèi)的一次元件一般在封閉的柜內(nèi)，通過電流時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，很難輻射到柜外。所以柜內(nèi)溫度一般都很高。如果達(dá)到部件所能承受的最高溫度，可能會(huì)損壞每個(gè)初級部件，造成難以想象的事故。為了解決一次元件柜內(nèi)溫度過高的問題，必須改進(jìn)工藝，在電連接面上涂上導(dǎo)電膠、鍍錫等散熱材料，加強(qiáng)制造過程的質(zhì)量控制，避免因制造不充分而造成事故。每種防護(hù)材料對溫度的要求不同，因此通過對環(huán)境的精確測量和開關(guān)柜設(shè)計(jì)的協(xié)調(diào)，可以毫無問題地選擇防護(hù)材料。10KV高壓開關(guān)柜的設(shè)計(jì)要求已在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布中有規(guī)定，包括材料和絕緣子的設(shè)備要求等。這些設(shè)備可以在任何有發(fā)電裝置的大型場所使用，因此對其安全防護(hù)要求特別高。在設(shè)計(jì)中始終把用電安全放在第一位，在設(shè)計(jì)中充分考慮線路走向，以最佳、最節(jié)約資源的方式達(dá)到最佳效果，并不容易。但是，只要我們繼續(xù)學(xué)習(xí)，我相信我們?nèi)匀豢梢匀〉眠M(jìn)步。

6.動(dòng)穩(wěn)定。一般來說，10kV高壓開關(guān)柜能承受的額定斷路電流為20kA-50kA。如果斷路電流超過這個(gè)范圍，就會(huì)導(dǎo)致母線之間產(chǎn)生更大的電動(dòng)勢。在這種情況下，為了有效避免母線偏移的發(fā)生，設(shè)計(jì)者需要在支撐絕緣子的支撐下保護(hù)母線，不使母線彎曲變形或損壞母線支撐和蓋板等。在一些薄弱環(huán)節(jié)，要加強(qiáng)。

總之，隨著社會(huì)發(fā)展對電力系統(tǒng)要求的不斷提高，10kV高壓開關(guān)柜是系統(tǒng)中最重要的控制和保護(hù)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不斷完善也引起了相關(guān)部門的重視。目前10kV高壓開關(guān)柜在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上還存在一些需要解決的問題，需要相關(guān)部門從問題的根源入手，采取針對性的措施加以解決，從而保證開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足需求，提高產(chǎn)品性能，更好地發(fā)揮產(chǎn)品的作用，最終實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的優(yōu)化和完善。

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