24kV高壓開關成套設備問題探討

劉華民，朱波

（溫州開元集團有限公司，浙江 溫州 325028）

24kV高壓開關成套設備問題探討

劉華民，朱波

（溫州開元集團有限公司，浙江 溫州 325028）

隨著我國工業化進程的不斷加快，經濟的不斷發展，電力已成為生產和日常生活中不可或缺的能源，降低價格和輸電的安全是當前電力行業的一個重要問題。其中，24kV高壓開關是高壓配電網中的一套重要設備，其質量將直接影響電力系統運行的安全性和供電的可用性，因此，對24kV高壓開關的設計，要保證結構的合理性，對最重要的高壓開關設計方法進行研究和分析。

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目前的24kV高壓開關柜已廣泛應用于電力系統中，根據客戶的相關要求可以進行調整，在實際應用過程中，滿足不同客戶的需要，這就要求在設計過程中根據國家相關標準，合理設計，保證其使用的安全性。

1 24kV高壓開關柜概況

24kV高壓開關柜的電力系統不十分復雜，相對來說，其主要功能是連接到發電廠、變電站、配電線路、用戶終端成一個整體，是根據國家有關法律法規配置的，可分為旁路總線和內部能源等。必須對電力系統方式注意以下幾個方面：系統各方面的要求必須滿足，重要的是注意系統的可靠性的要求；它可以保證其在各種模式下的功能；此外，為了保證經營的經濟性，實際上要把它作為優先考慮，考慮經營或電力建設的經濟性。電力系統中有四種常見的接線：雙電源供電方式、旁路-總線模式、雙總線模式、和內部供電方式。

2 24kV高壓開關柜概況

24kV高壓開關柜主要由接地開關、隔離開關、高壓斷路器、負荷開關、變壓器、高壓熔斷器、繼電器和互感器等組成，以及相應的控制、保護、調節裝置、內部附件、配套件和連接件。24kV高壓開關柜主要功能是接受和向電網分配電能，絕緣介質通常是復合絕緣材料或空氣。根據客戶的要求，根據國家相關標準設計的24kV高壓開關柜，能夠較好的防止高壓開關柜運行中的事故現象，是非常重要的。

3 24kV高壓開關柜結構設計

高壓開關柜中的常見結構是組裝式，在高壓開關柜的布置過程中，不僅要考慮其經濟性，還應提供安全性。小零件根據實際情況的變化，可以達到不同方案變化的目的，方便快捷的變化，并且裝配開關柜容易對結構進行加工。24kV高壓開關柜包括：斷路器室、儀表室、母線室、電纜室，相互獨立，但也有著密切的聯系。除電纜外的一些一次電氣元件在電纜室內安裝，主要有避雷結構和接地開關等設備。母線室：母線的強度和尺寸滿足規定的熱穩定性和動穩定要求。儀表室：實現控制開關的不同功能，由二次控制元件和輔助元件的組成的各功能回路；斷路器室：在本質上具有兩種安裝方式，在可移動手車上安裝斷路器稱為移動安裝方式，這種安裝方式柜體和手車通過一對隔離的動靜觸頭進行一、二次連接的，而固定安裝主母線直接和斷路器上的上、下出線座連接。

4 24kV高壓開關柜設計關鍵問題探討

4.1 安全凈距

所有外露的電氣元件之間在高壓開關柜的設計過程中應該有一個安全的距離，包括相間的和相對地的間隙，否則會出現短路故障，對整個電力系統的運行會造成一定的損害。當絕緣介質和高度小于1000米時，根據相關的功率值的標準，24kV高壓開關柜的相間的安全間隙距離不宜小于180mm。當高度大于1000m時，應校正相應的絕緣距離。

高壓開關成套設備受高海拔地區氣候條件影響如下。

（1）對電氣開關裝置的滅弧性能的影響。空氣介質滅弧的開關電器滅弧性能隨空氣密度或空氣壓力的降低而降低，電壽命縮和短通斷能力下降。①隨海拔升高或氣壓降低，直流與交流電弧的飛弧距離增加。開關功率降低，壽命縮短；②隨氣壓降低或海拔升高，直流電弧的燃弧時間延長。

（2）介質強度對結構的影響。隨著空氣壓力或空氣密度的下降，外絕緣的強度會下降；此外，低氣壓將降低外絕緣的強度和配電系統操作人員的安全，直接導致絕緣破壞和其他安全事故的發生。

（3）產品性能和力學結構的影響結論：低濃度、低密度、多孔材料的化學和物理變化將發生；壓力容器的壓力的變化有可能導致壓力容器的斷裂。塑料制品中潤滑劑的加速蒸發和軟化劑的揮發；內部和外部壓差增加了密封容器內液體或氣體泄漏的可能性，間接影響電氣性能。

（4）對介質冷卻效果的影響：對于以強制通風、自然對流或空氣散熱器為主要散熱方式的電氣產品，由于散熱能力的降低，溫度升高。空氣介質的冷卻效果降低。

（5）影響無放電電壓和電暈：電暈起始電壓降低，在第一高壓電機的電壓降低時，一個嚴重的問題是電暈的腐蝕。降低了第一次放電的張力，降低了電力電容器的內部氣壓。減少導體腔的張力會導致頻率不放電的電源電壓的降低。

（6）影響電氣間隙分布電壓：配電電壓隨著氣壓的降低而減小，電氣產品的采用在方案后固定。考慮到電阻，增加了電氣分配的批準。

當受配電室的限制時，需要降低高壓開關設備的集成。如果絕緣距離沒有達到，應采取有效措施解決問題，如高壓絕緣熱收縮、使用DMC絕緣等復合絕緣。在使用這些材料時，會存在一些以下的問題：在實際應用過程中，單純以空氣作為絕緣介質時，相間和相對地的最小空氣間隙24 kV高壓開關柜不能小于180mm，此外，使用復合絕緣的絕緣強度將逐漸老化，因此，有必要對其正常運行進行定期檢查和維護。當使用SMC絕緣隔板、DMC時，并且24kV高壓開關柜的絕緣板和帶電裸導線之間的間隙不小于45mm時，隨著時間的推移，相應的絕緣隔板的絕緣強度會逐漸減少，因此需要定期檢查和修理。應盡可能在設計過程中制定相應的安全距離標準（如表1）。

超高壓輸電的另一個突出問題是電暈和無線電干擾是高空輸電和配電系統運營商。隨高度的增高，線路導線和電氣設備的電暈起始電壓下降，但也受濕度的影響，濕度越高，在一定的濕度下，電暈電壓越低。電暈不僅會增加電源失效的可能性，而且會加速絕緣的老化作用。

表1 安全凈距具體要求

4.2 爬電距離

根據有關規定，對于爬電距離的要求，高壓開關設備內外絕緣件的最小標稱爬電比距為；瓷質大于等于18mm/kV和有機大于等于20mm/kV。這種要求相對較高，相對來說，這一要求許多傳統元件不能很好的滿足，因此應改進零部件的爬電距離，制造商不會提高絕緣的高度，而是增加裙邊的爬距，以確保部件符合相應的要求。此外，高壓開關柜中使用場所的環境因素應注意。為了防止結露現象，將帶有自動控制的感應探頭加到高壓開關柜中進行安全操作。

4.3 五防聯鎖

五防聯鎖在24kV高壓開關柜中的要求是：合隔離開關、防止帶負荷分、防止誤合斷路器、防止帶電掛(合)接地線(接地開關)、防止誤分；防止帶接地線(開關)合閘；防止誤入帶電間隔。通常優先在機械鏈的模式中使用這種功能，主要通過機械零件的轉移，一個環靠近一個環，除非有關操作方式已被外力損壞，否則，只要根據相應的操作過程，操作程序，可靠性很高，但加工工藝的要求非常高，元件的內部結構更加復雜。此外，可以考慮使用機械式鎖的方式，該方法的結構相對簡單，但由于有通用的鍵，很難進行相應的操作人員的錯誤操作，這樣就不會以這種方式在無人值守的變電站使用。對于一個載人變電站，可以使用不同數量的紅色和綠色運行，即任何斷路器對應于一個獨特的紅色和綠色曲線，在相應的控制屏幕上顯示普通的時間紅色和綠色卡。對運行中的操作采用電氣閉鎖，對于變電站無人值守的安裝。

4.4 關于防護等級

為了防止高壓帶電機柜的高壓帶電部分并觸摸動作部分有人體接近，保護水平在設計中充分考慮到了相關保護級別的等級（如表2所示）。隨著保護水平的提高，在實際的設計過程中，相關成本也將得到提高，散熱條件也將很差，不僅僅是運動水平的保護，通常選擇IP3x和IP4x是最好的。

表2 防護等級與具體要求

4.5 動穩定

高壓開關柜通常至少可以承受20kA，在電力系統中，甚至50kA短路電流開斷以及對應的動穩定電流，當相關的高壓開關柜有這樣大電流通過，導致了大量電磁感應在相和相母線之間產生劇烈的震動。此時，開關柜應受相應短時動穩定電流，通常，兩個絕緣子之間的距離不應超過800mm，母線不會出現明顯的偏差現象，在一些薄弱的關系中也應加強。

5 結語

電力系統中的一個重要問題是電力系統的安全運行，24kV高壓開關柜作為電力系統中的一個重要設備，為有效運行24kV高壓，有效地保護配電網供電提供可靠性。隨著科學技術、新材料和新技術的不斷發展，將增加24kV高壓開關柜的設計合理與可靠性，使設計人員需要采用科學有效的方法設計，總結經驗，確保高壓開關柜的結構符合安全要求的標準。

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