10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)體會(huì)
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10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)體會(huì)
10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)體會(huì)
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10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)體會(huì)
1 概述
在電力系統(tǒng)中，l0kV高壓開關(guān)柜的應(yīng)用極其廣泛。由于電力系統(tǒng)用戶的需求五花
八門，作為制造廠家，我們不得不針對(duì)用戶的需求，為用戶量身定做。這就要求我們
必須真正深刻地理解相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)柜型的設(shè)計(jì)要求。在十年的設(shè)
計(jì)生涯中，對(duì)開關(guān)柜的設(shè)計(jì)有了一些體會(huì)，現(xiàn)在寫出來與大家一探討，以求共同進(jìn)步。
2 幾點(diǎn)體會(huì)
2.1 絕緣距離
由于 10kV 開關(guān)柜用于對(duì)三相交流電進(jìn)行分配，因此相間及相對(duì)地之間必須保證
一定的距離，否則會(huì)引起短路，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成危害。但我們單純以空氣作為絕
緣介質(zhì)時(shí)，絕緣距離要求如表1。
有時(shí)為了減少開關(guān)柜外形尺寸，可以有以下幾種方法：
1)在空氣間隙中插入一塊非金屬的絕緣隔板，從而縮小對(duì)絕緣距離的要求。但要
注意的是空氣凈距離不小于 60 毫米，相間絕緣隔板應(yīng)設(shè)置在中間位置。該方法的缺
點(diǎn)是絕緣隔板受使用環(huán)境影響很大，存在絕緣老化的問題。
2)使用熱縮套管把高壓帶電導(dǎo)體整個(gè)套起來，實(shí)踐中要確保絕緣距離不小于100
毫米。缺點(diǎn)是熱縮套管同樣存在絕緣老化的問題。
表 1
序 絕緣距
位置
號(hào) 離(mm)
1 導(dǎo)體至接地間凈距 125
2 不同相的導(dǎo)體之間的凈距 125
3 導(dǎo)體至無孔遮攔間凈距 155
4 導(dǎo)體至網(wǎng)狀遮攔間凈距 225
5 無遮攔裸導(dǎo)體至地板間凈距 2425
需要不同時(shí)停電檢修無遮攔裸導(dǎo)體之間
6 1295
的水平凈距
7 出線套管至屋外通道地面間凈距 400
海拔超過1000米時(shí)1、2項(xiàng)值應(yīng)按每升高1000米增大
10％修正，3～6項(xiàng)值分別增加1或2的修正值。
3)國(guó)外ABB公司有一種均勻電場(chǎng)的設(shè)計(jì)理論，可以通過改善帶電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)來縮
小對(duì)絕緣距離的要求。缺點(diǎn)是國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)用戶很難接受這一理論，因?yàn)檫@不符合
DI/T 404—1997標(biāo)準(zhǔn)的要求。4)國(guó)外三菱公司有一種熱涂敷工藝，可以在高壓帶電導(dǎo)體表面均勻附上一層絕緣
材料。缺點(diǎn)是需要增添流化床設(shè)備。
綜上所述，在設(shè)計(jì)許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣，滿足表1的要求。
2.2 爬電距離
由于電力系統(tǒng)用戶往往追求高可靠性，實(shí)踐中我們要符合以下條件：高壓開關(guān)柜
中各組件及其支持絕緣件(純瓷及有機(jī)絕緣件)的外絕緣爬電比距(高壓電器組件外絕
緣的爬電距離與額定電壓之比)對(duì)于純瓷絕緣為18mm/kV，對(duì)于有機(jī)絕緣為20mm/kV。
由于這一要求比較高，很多常規(guī)的元器件往往滿足不了要求，這就要求我們告知元器
件生產(chǎn)廠家加以定制。元器件生產(chǎn)廠家往往會(huì)采用不增加絕緣子高度而增多或增高裙
邊的方法。我們?cè)谶x型時(shí)要注意裙邊的高度與裙距比例不能太懸殊，另外，我們還應(yīng)
注意開關(guān)柜使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，為了防止發(fā)生凝露，我們可以在開關(guān)柜中加入帶自
動(dòng)控制的加熱器。
2.3 五防聯(lián)鎖功能
為了防止現(xiàn)場(chǎng)操作人員無意識(shí)地實(shí)施錯(cuò)誤的操作，從而導(dǎo)致事故，除了加強(qiáng)對(duì)操
作人員的培訓(xùn)以及實(shí)施工作票制度，我們還應(yīng)在開關(guān)柜的設(shè)計(jì)中加入強(qiáng)制聯(lián)鎖裝置或
采取提示性措施。對(duì)于開關(guān)柜而言，需提供五種防止誤操作功能
1)防止誤分誤合斷路器
對(duì)于有人值守的變電站，可采用不同編號(hào)的紅綠翻牌來實(shí)現(xiàn)。即每臺(tái)斷路器均對(duì)
應(yīng)唯一編號(hào)的紅綠翻牌，平時(shí)紅綠翻牌置于控制屏上。對(duì)于無人值守的變電站，由于
斷路器的分合均從遠(yuǎn)方操作，無法應(yīng)用紅綠翻牌方法，只能加入電氣聯(lián)鎖。
2)防止帶負(fù)荷分合上下隔離開關(guān)或帶負(fù)荷推入拉出斷路器手車。這一功能一般都
采用機(jī)械聯(lián)鎖進(jìn)行強(qiáng)制性聯(lián)鎖。這一要求的原因是隔離開關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭之間不具
備分?jǐn)嗪完P(guān)合正常負(fù)荷電流的能力。萬一誤操作，會(huì)燒毀隔離開關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭，
事故還可能進(jìn)一步擴(kuò)大。
3)防止帶電操合接地開關(guān)或掛接臨時(shí)接地線。這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖，因?yàn)樗?br/>關(guān)系到人為短路接地。
4)防止帶有臨時(shí)接地線或接地開關(guān)合閘時(shí)送電。這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖，目的
也是為了防止人為短路接地。
5)防止人誤入帶電間隔。這一功能一般也采用機(jī)械聯(lián)鎖，目的是為了防止人員觸
電。
綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)五防功能，機(jī)械聯(lián)鎖必不可少。各種型號(hào)的開關(guān)柜，如GG—1A、
XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl均在機(jī)械聯(lián)鎖方面各具特色。多數(shù)采用機(jī)械零部
件傳動(dòng)方式，一環(huán)扣一環(huán)，除非操作人員用外力將零部件損壞，否則只能按預(yù)定程序操作，可靠性高，但零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求較高。有時(shí)，我們也可采用機(jī)
械程序鎖方式，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但由于存在萬能鑰匙，很難完全避免操作人員誤操作。
而且，這一方式無法適應(yīng)無人值守變電站的要求。在萬不得已的情況下，如不帶斷路
器的進(jìn)線開關(guān)柜中，我們只能采用電磁鎖方式，由于電磁鎖、分壓瓷瓶和導(dǎo)線均有損
壞的可能，還需外部電源供電，可靠性差。至于高壓帶電顯示裝置，只能算是提示性
措施，毫無可靠性可言，一般不推薦使用。當(dāng)然，運(yùn)行人員要想通過高壓帶電顯示裝
置來了解哪段主回路在帶電運(yùn)行，又另當(dāng)別論。
2.4 關(guān)于防護(hù)等級(jí)
為了防止人體接近高壓開關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運(yùn)動(dòng)部分，在設(shè)計(jì)開關(guān)柜
時(shí)，我們應(yīng)考慮要達(dá)到幾級(jí)防護(hù)等級(jí)，防護(hù)等級(jí)分類如表2。
表 2
防護(hù)等級(jí) 能防止物體接近帶電部件和觸及運(yùn)動(dòng)部件
IP2X 能阻擋手指或直徑大于12毫米、長(zhǎng)度不超過80毫米的物體進(jìn)
入
IP3X 能阻擋直徑或厚度大于2.5毫米的工具或金屬絲等物體進(jìn)入
IP4X 能阻擋直徑或厚度大于1毫米的金屬絲等物體進(jìn)入
IP5X 能防止影響設(shè)備安全運(yùn)行的大量塵埃進(jìn)入，但不能完全防止一
般灰塵的進(jìn)入
設(shè)計(jì)時(shí)我們要注意隨著防護(hù)等級(jí)的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，散熱條件變差，所
以不能追求高的防護(hù)等級(jí)，一般以IP3X和IP4X為宜。
2.5 動(dòng)穩(wěn)定
在電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜通常要能承受 20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的額定短路
開斷電流，當(dāng)開關(guān)柜中通過如此大的電流時(shí)，相間及同相母線之間會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)
力。這時(shí)，我們需借助支撐絕緣子的支撐，使母線不會(huì)產(chǎn)生明顯位移。一般而言，兩
個(gè)絕緣子之間的距離不應(yīng)超過800毫米，對(duì)于某些薄弱環(huán)節(jié)還應(yīng)給予加強(qiáng)。由于動(dòng)穩(wěn)
定的理論計(jì)算極其復(fù)雜，一般設(shè)計(jì)時(shí)需依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，最終需通過型式試驗(yàn)加以
檢驗(yàn)。
2.6 溫升
電力系統(tǒng)中開關(guān)柜通常要能承受4000A及以下的正常工作電流，由于一次元器件
通常處于密封的柜內(nèi)運(yùn)行，他們產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到柜外，所以導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高。
若溫度超過以下極限值，便會(huì)燒毀元器件，釀成事故。
表3部件 空氣中 SF6中 油中
周圍不 周圍不
周圍不超
1 概述
在電力系統(tǒng)中，l0kV高壓開關(guān)柜的應(yīng)用極其廣泛。由于電力系統(tǒng)用戶的需求五花
八門，作為制造廠家，我們不得不針對(duì)用戶的需求，為用戶量身定做。這就要求我們
必須真正深刻地理解相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)柜型的設(shè)計(jì)要求。在十年的設(shè)
計(jì)生涯中，對(duì)開關(guān)柜的設(shè)計(jì)有了一些體會(huì)，現(xiàn)在寫出來與大家一探討，以求共同進(jìn)步。
2 幾點(diǎn)體會(huì)
2.1 絕緣距離
由于 10kV 開關(guān)柜用于對(duì)三相交流電進(jìn)行分配，因此相間及相對(duì)地之間必須保證
一定的距離，否則會(huì)引起短路，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)造成危害。但我們單純以空氣作為絕
緣介質(zhì)時(shí)，絕緣距離要求如表1。
有時(shí)為了減少開關(guān)柜外形尺寸，可以有以下幾種方法：
1)在空氣間隙中插入一塊非金屬的絕緣隔板，從而縮小對(duì)絕緣距離的要求。但要
注意的是空氣凈距離不小于 60 毫米，相間絕緣隔板應(yīng)設(shè)置在中間位置。該方法的缺
點(diǎn)是絕緣隔板受使用環(huán)境影響很大，存在絕緣老化的問題。
2)使用熱縮套管把高壓帶電導(dǎo)體整個(gè)套起來，實(shí)踐中要確保絕緣距離不小于100
毫米。缺點(diǎn)是熱縮套管同樣存在絕緣老化的問題。
表 1
序 絕緣距
位置
號(hào) 離(mm)
1 導(dǎo)體至接地間凈距 125
2 不同相的導(dǎo)體之間的凈距 125
3 導(dǎo)體至無孔遮攔間凈距 155
4 導(dǎo)體至網(wǎng)狀遮攔間凈距 225
5 無遮攔裸導(dǎo)體至地板間凈距 2425
需要不同時(shí)停電檢修無遮攔裸導(dǎo)體之間
6 1295
的水平凈距
7 出線套管至屋外通道地面間凈距 400
海拔超過1000米時(shí)1、2項(xiàng)值應(yīng)按每升高1000米增大
10％修正，3～6項(xiàng)值分別增加1或2的修正值。
3)國(guó)外ABB公司有一種均勻電場(chǎng)的設(shè)計(jì)理論，可以通過改善帶電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)來縮
小對(duì)絕緣距離的要求。缺點(diǎn)是國(guó)內(nèi)電力系統(tǒng)用戶很難接受這一理論，因?yàn)檫@不符合
DI/T 404—1997標(biāo)準(zhǔn)的要求。4)國(guó)外三菱公司有一種熱涂敷工藝，可以在高壓帶電導(dǎo)體表面均勻附上一層絕緣
材料。缺點(diǎn)是需要增添流化床設(shè)備。
綜上所述，在設(shè)計(jì)許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣，滿足表1的要求。
2.2 爬電距離
由于電力系統(tǒng)用戶往往追求高可靠性，實(shí)踐中我們要符合以下條件：高壓開關(guān)柜
中各組件及其支持絕緣件(純瓷及有機(jī)絕緣件)的外絕緣爬電比距(高壓電器組件外絕
緣的爬電距離與額定電壓之比)對(duì)于純瓷絕緣為18mm/kV，對(duì)于有機(jī)絕緣為20mm/kV。
由于這一要求比較高，很多常規(guī)的元器件往往滿足不了要求，這就要求我們告知元器
件生產(chǎn)廠家加以定制。元器件生產(chǎn)廠家往往會(huì)采用不增加絕緣子高度而增多或增高裙
邊的方法。我們?cè)谶x型時(shí)要注意裙邊的高度與裙距比例不能太懸殊，另外，我們還應(yīng)
注意開關(guān)柜使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，為了防止發(fā)生凝露，我們可以在開關(guān)柜中加入帶自
動(dòng)控制的加熱器。
2.3 五防聯(lián)鎖功能
為了防止現(xiàn)場(chǎng)操作人員無意識(shí)地實(shí)施錯(cuò)誤的操作，從而導(dǎo)致事故，除了加強(qiáng)對(duì)操
作人員的培訓(xùn)以及實(shí)施工作票制度，我們還應(yīng)在開關(guān)柜的設(shè)計(jì)中加入強(qiáng)制聯(lián)鎖裝置或
采取提示性措施。對(duì)于開關(guān)柜而言，需提供五種防止誤操作功能
1)防止誤分誤合斷路器
對(duì)于有人值守的變電站，可采用不同編號(hào)的紅綠翻牌來實(shí)現(xiàn)。即每臺(tái)斷路器均對(duì)
應(yīng)唯一編號(hào)的紅綠翻牌，平時(shí)紅綠翻牌置于控制屏上。對(duì)于無人值守的變電站，由于
斷路器的分合均從遠(yuǎn)方操作，無法應(yīng)用紅綠翻牌方法，只能加入電氣聯(lián)鎖。
2)防止帶負(fù)荷分合上下隔離開關(guān)或帶負(fù)荷推入拉出斷路器手車。這一功能一般都
采用機(jī)械聯(lián)鎖進(jìn)行強(qiáng)制性聯(lián)鎖。這一要求的原因是隔離開關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭之間不具
備分?jǐn)嗪完P(guān)合正常負(fù)荷電流的能力。萬一誤操作，會(huì)燒毀隔離開關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭，
事故還可能進(jìn)一步擴(kuò)大。
3)防止帶電操合接地開關(guān)或掛接臨時(shí)接地線。這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖，因?yàn)樗?br/>關(guān)系到人為短路接地。
4)防止帶有臨時(shí)接地線或接地開關(guān)合閘時(shí)送電。這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖，目的
也是為了防止人為短路接地。
5)防止人誤入帶電間隔。這一功能一般也采用機(jī)械聯(lián)鎖，目的是為了防止人員觸
電。
綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)五防功能，機(jī)械聯(lián)鎖必不可少。各種型號(hào)的開關(guān)柜，如GG—1A、
XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl均在機(jī)械聯(lián)鎖方面各具特色。多數(shù)采用機(jī)械零部
件傳動(dòng)方式，一環(huán)扣一環(huán)，除非操作人員用外力將零部件損壞，否則只能按預(yù)定程序操作，可靠性高，但零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求較高。有時(shí)，我們也可采用機(jī)
械程序鎖方式，結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但由于存在萬能鑰匙，很難完全避免操作人員誤操作。
而且，這一方式無法適應(yīng)無人值守變電站的要求。在萬不得已的情況下，如不帶斷路
器的進(jìn)線開關(guān)柜中，我們只能采用電磁鎖方式，由于電磁鎖、分壓瓷瓶和導(dǎo)線均有損
壞的可能，還需外部電源供電，可靠性差。至于高壓帶電顯示裝置，只能算是提示性
措施，毫無可靠性可言，一般不推薦使用。當(dāng)然，運(yùn)行人員要想通過高壓帶電顯示裝
置來了解哪段主回路在帶電運(yùn)行，又另當(dāng)別論。
2.4 關(guān)于防護(hù)等級(jí)
為了防止人體接近高壓開關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運(yùn)動(dòng)部分，在設(shè)計(jì)開關(guān)柜
時(shí)，我們應(yīng)考慮要達(dá)到幾級(jí)防護(hù)等級(jí)，防護(hù)等級(jí)分類如表2。
表 2
防護(hù)等級(jí) 能防止物體接近帶電部件和觸及運(yùn)動(dòng)部件
IP2X 能阻擋手指或直徑大于12毫米、長(zhǎng)度不超過80毫米的物體進(jìn)
入
IP3X 能阻擋直徑或厚度大于2.5毫米的工具或金屬絲等物體進(jìn)入
IP4X 能阻擋直徑或厚度大于1毫米的金屬絲等物體進(jìn)入
IP5X 能防止影響設(shè)備安全運(yùn)行的大量塵埃進(jìn)入，但不能完全防止一
般灰塵的進(jìn)入
設(shè)計(jì)時(shí)我們要注意隨著防護(hù)等級(jí)的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，散熱條件變差，所
以不能追求高的防護(hù)等級(jí)，一般以IP3X和IP4X為宜。
2.5 動(dòng)穩(wěn)定
在電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜通常要能承受 20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的額定短路
開斷電流，當(dāng)開關(guān)柜中通過如此大的電流時(shí)，相間及同相母線之間會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)
力。這時(shí)，我們需借助支撐絕緣子的支撐，使母線不會(huì)產(chǎn)生明顯位移。一般而言，兩
個(gè)絕緣子之間的距離不應(yīng)超過800毫米，對(duì)于某些薄弱環(huán)節(jié)還應(yīng)給予加強(qiáng)。由于動(dòng)穩(wěn)
定的理論計(jì)算極其復(fù)雜，一般設(shè)計(jì)時(shí)需依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，最終需通過型式試驗(yàn)加以
檢驗(yàn)。
2.6 溫升
電力系統(tǒng)中開關(guān)柜通常要能承受4000A及以下的正常工作電流，由于一次元器件
通常處于密封的柜內(nèi)運(yùn)行，他們產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到柜外，所以導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高。
若溫度超過以下極限值，便會(huì)燒毀元器件，釀成事故。
表3部件 空氣中 SF6中 油中
周圍不 周圍不
周圍不超
