10kV配電開關柜的設計應用問題及對策

余永松

（浙江迪思威電氣股份有限公司，浙江 衢州 324000）

在現(xiàn)代社會經濟的發(fā)展過程中，工業(yè)化水平和居民生活水平大幅度提高，對于電力的運用和依賴性也越來越高，對電力設備的質量和工作效率的要求也更高。在現(xiàn)階段，10kV配網系統(tǒng)的應用非常廣泛，同樣的高壓開關柜的應用也很普遍。高壓開關柜作為電力系統(tǒng)中的重要部分，其性能對10kV配網的運行具有重要意義。在實際的應用中，高壓開關柜普遍可以達到現(xiàn)階段的基本工作，但是也存在一些問題。這些問題對電網的安全性、穩(wěn)定性都造成了不良影響，分析其問題并出具相關的對策，對于10kV配電高壓開關的設計改進具有重要意義。

1 目前我國主流的開關柜結構

10kV配電系統(tǒng)高壓開關柜由多種部件構成，如圖1。10kV配電系統(tǒng)高壓開關柜擁有眾多的輔助部件，對10kV配電系統(tǒng)高壓開關柜整體的使用性能具有重要影響。因此，加強對開關柜的設計十分必要。在長期使用中發(fā)現(xiàn)，10kV配電系統(tǒng)高壓開關柜的設計多有不合理之處，導致操作性能有缺陷，甚至有無法正常工作的情況。

2 10kV高壓開關柜的作用

10kV電網系統(tǒng)的主要作用在于通過對正常的線路進行開啟、閉合、斷開，以及保證正常的電力運輸及電力負荷比例的控制，保障及控制發(fā)電系統(tǒng)的有效運行。在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，對故障源進行有效的隔離，保障正常的供電渠道繼續(xù)有效的運行。正常的運行維護工作中，可以對電路進行分隔控制。維修和故障排除過程中，可以確保其能安全可靠的接地，確保線路與設備的運行以及維修人員的人身安全。對運行中的供電系統(tǒng)，要使其能夠隨時測出10kV供電系統(tǒng)的電壓及電流相關參數(shù)的指標，一旦超出正常的范圍，即發(fā)出警報。

圖1 高壓開關柜結構圖

3 10kV開關柜故障的常見因素

3.1 絕緣因素

為增加電網的安全性10kV以下的設備在一般情況下，使用絕緣層加載在主回路或可聯(lián)絡強作用的銅排上，而10kV以上的高負荷超強度的工作環(huán)境之下，常常會導致絕緣層老化，難以形成對銅排的保護，進而引發(fā)安全事故。

3.2 安裝、檢修、維護隱患

在安裝過程中，也很有可能出現(xiàn)電纜的絕緣層損壞，電纜頭內氣體未能完全排除，電線屏蔽層因接地性能不好形成環(huán)流等不安全隱患，在安裝過程中還要提高工藝水平，主要是不能發(fā)生柜內短路的現(xiàn)象；在檢查工作中必須固定好連接螺絲，避免發(fā)生停電事故。

3.3 質量原因

生產廠家在生產過程中，由于在質量把控上的力度不足，導致商品的質量存在問題。影響在后續(xù)工作中的使用。如質量不好的隔離觸頭，不時因接觸不良進而引起電弧故障，電力系統(tǒng)主要在潮濕的環(huán)境中運行，多塵復雜的工作環(huán)境中，絕緣部件很容易老化，特別是部分性能差的絕緣子在輸電過程中出現(xiàn)猛烈爬電的現(xiàn)象，對供電安全直接構成了威脅。

3.4 五防隱患

五防措施主要用來判斷設備是否帶電。閉鎖后網門電磁鎖；隔離、控制、接地3處的開關以及網門之間閉鎖的機械連鎖；用在高壓開關柜中的操作步驟之間相互關聯(lián)的程序鎖。這3者是基本問題的根源，在工作中需要這3者共同配合來彌補系統(tǒng)的缺點和不足，但是也很好的完成五防的邏輯，這種情況在一定程度上增加了聯(lián)鎖的重復使用和維護的難度。

3.5 操作因素

10kV開關柜斷路器，在高電壓和大電流的工作環(huán)境中對設備的主要影響有：當短路電流經過開關時，會導致機械強度低的開關柜中的開關與柜體發(fā)生位移，觸頭之間的電阻爆炸的概率增強。觸頭之間的相互摩擦，易使觸頭之間的間距增大，造成觸頭接觸不良；不正常操作中的拒動和誤動，也會導致結構的完整性遭到破壞。

4 10kV開關柜設計的要點

4.1 保證安全凈距

在設計時，所有的元器件特別是無絕緣材料保護的元器件都能夠保持相應的安全凈距，保證這些帶電元器件能夠有安全合理的間隔，元器件的距離要保持合理化，以免因相互影響而造成電路短路。對電力系統(tǒng)起到保護的作用，避免引起電力系統(tǒng)發(fā)生故障。根據(jù)相關的要求，高壓配電在利用空氣作為絕緣介質時，在海拔1000m以上，就要保持開關柜相與相之間的距離在125mm之上，這樣的情況在開關柜的空間中很難保證安全凈距。在此情況下就要使用其它的材料，如絕緣熱縮材料或者DMC、SMC之類的絕緣板，但是要警惕的問題是：熱縮材料要保證絕緣距離在80mm以上。絕緣板要保持導體與板材之間在15mm以上的間隙，同時需要加強維護和檢查。如果柜殼與導流體的距離過近時，應使用穿墻套管，如果是非標柜體，則不能使用此方法。

4.2 五防連鎖

避免斷路器在工作中被誤分或者誤合，嚴禁隔離開關在帶電負荷狀態(tài)下被分合與推拉，在10kV高壓開關柜中使用五防連鎖，也為了避免接地開關在帶電狀態(tài)下操合，以保證10kV高壓開關柜在工作中的安全性與可靠性。在設計中也要遵循這些原則。當前生產商提供的產品中，很多的開關柜都達到了相關的生產標準，功能上和作用方面表現(xiàn)良好，高壓開關柜工作的可靠性和安全性得到增強。

4.3 爬電距離控制

根據(jù)不同絕緣污穢等級以及實驗技術條件的規(guī)定和要求，對開關柜的爬電距離做出明確的規(guī)定。一般情況下，組價和絕緣件之間的絕緣比距應大于18mm/kV，如果采用有機絕緣的方式，就要保證絕緣比距高于20mm。絕緣要求的增加為廠家和設計帶來一定難度，因此在元件制造中需要定做，為滿足相關的要求往往采用加高或加大裙邊的做法，在一定程度上保證生產元器件符合相關要求。此外，還應當嘗試設計利用加熱器等部件。

5 10kV開關柜中的元器件選用

5.1 開關柜主母線及分支母線

在母線的規(guī)格選用中，必須要保證母線符合額定電流的相關需要。母線的額定電流在設計中會視情況而定，技術協(xié)議中也會有所標注。在選用和設計元器件時，應當確保母線的規(guī)格符合要求并保持相當?shù)挠嗔俊?/p>

5.2 高壓真空斷路器

這種設備的主要作用是，依靠它實現(xiàn)空載電流接通或斷開，也可以應用于負載電流的接通與斷開；當整個系統(tǒng)中出現(xiàn)故障時，該裝置可以和別的裝置共同作用以防止事態(tài)擴大，提高供電系統(tǒng)的安全性；利用該設備還能形成防跳繼電器，使系統(tǒng)擁有防跳作用。

5.3 電流互感器

為了保證設備的工作性能，同時也為保證工作人員的安全。如果絕緣層被破壞，進而導致高壓擊穿繞組，這時要確保高壓導向大地，保證繞組處于低壓狀態(tài)。在設計中一定要注重接地設計，最后應當選擇合理的互感器形式。

5.4 電壓互感器

在系統(tǒng)正常運行時，一次繞組將處于高壓狀態(tài)下，如果與二次繞組之間的高低壓絕緣件被擊穿，就會受到其他設備的影響，直接威脅到操作人員的安全，也會嚴重地損壞設備。所以必須要保證二次繞組可以及時將電流導入大地，進行科學有效的接地設置。杜絕二次短路現(xiàn)象的發(fā)生，避免因短路而損傷電壓互感器，并且需要在二次回路中安裝熔斷器，并運用合理的接線方法。

6 結語

10kV高壓開關柜在電網中發(fā)揮著重要作用，但是由于其結構的特性導致設計上存在一定的難度。相對于發(fā)達國家的先進技術，我國在此方面的設計研究還處于初期階段，設計理論和實際的工作環(huán)境還不能很好地融合。在高速的電網建設進程中，相關技術人員經過對以往經驗的總結和分析，已經積累大量的數(shù)據(jù)，為10kV高壓開關柜的研究設計提供了豐富詳實的數(shù)據(jù)參考和技術資料。

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