淺談10kV高壓開關柜的設計

張應鑫

（廣東金穎電氣設備有限公司，廣東 汕頭 515041）

電力設備是供電能夠順利進入到千家萬戶進行使用的基本條件。10kV高壓開關柜又是整個配電系統中必不可少的電氣設備，開關柜的可靠性直接影響著配電系統的正常運行和供電質量。我們必須對高壓開關柜的優化設計以及應用進行系統且全面的研究，在不斷的實踐之中積累經驗，善于發現現有高壓開關設備設計中存在的不足并加以改進。

1 高壓開關設備的主要組成

10kV高壓開關柜設備主要適用于發電廠、換流站、變電站、石油化工、冶金軋鋼、輕工紡織、廠礦企業、地鐵高鐵和住宅小區、商務會展中心等各種不同場所。

10kV高壓開關柜設備是以真空斷路器為主電氣元件，是指成套的生產廠家根據設計院的電氣一次主接線圖的要求，將有關的高低壓電器設備一二次器件（包括真空斷路器、接地開關、避雷器、觸頭罩、互感器、微型斷路器、轉換開關、指示燈、微機綜合保護裝置、測量儀表，溫濕度控制器、帶電顯示裝置等）以及主、分支銅母線、聯鎖操作機構、絕緣子等設備裝配在封閉式金屬鎧裝開關柜柜體內，作為系統中受電和配電的裝置。開關柜各項技術性能指標符合IEC298和GB3906標準要求。

（1）斷路器：從最初體積龐大、需頻繁維護的抽出式空氣絕緣斷路器，到體積小、存在安全隱患的油斷路器，發展到安全可靠的六氟化硫和真空斷路器；真空斷路器極柱從真空泡裸露到組裝式極柱，再到環氧澆注固封式極柱；斷路器的操動機構從復雜裝配機構到模塊化機構，再到永磁機構；各項技術都得到了極大的發展。KYN28-12金屬鎧裝移開式開關柜可配用VD4（ABB）、HVX12 或 EV12（施耐德）、3AE1（西門子）、VS1（森源）、CV2-12（常熟）等廠家的真空斷路器設備。

（2）開關柜結構設計：就當前KYN28-12金屬鎧裝移開式開關柜設備的結構來看，柜體主要包括5個部分，即含儀表室、電纜室、手車室、電纜室，母線室和柜頂小母線室，柜頂設有二個泄壓通道，這幾個間隔小室結構之間既彼此聯系，又相互獨立。每一個小室構成部分都具備各自的功能。柜體主要采用厚度2mm敷鋁鋅板板材經數控機床加工后鉚接而成，柜體結構先進、緊湊、合理、安全可靠、性能優越。

（3）傳感器和保護繼電器技術：傳感器和保護繼電器是緊密相連，技術同步演進。傳感器如“眼睛”，將電流圖像傳送給“大腦”保護繼電器，后者分析圖像以確定信號為正常或故障。從機電式設計的老式保護繼電器到如今新型數字繼電器只需要低功率電流互感器（LPCT）提供信號。低功耗傳感器和數字電表有效提升控制和監控能力：緊湊型低功率電子式電流互感器（LPCT）和低功率電子式電壓互感器（LPVT）可取代傳統的大型CT和VT。

2 10kV高壓開關柜的設計要點

（1）絕緣間距。電力系統是供電部門的核心系統，在高壓開關柜電氣設計時，需要對交流電進行分配，需要保證絕緣距離的準確性，否則在運行的過程中就會出現弧光放電及短路問題，嚴重的還會直接導致供電系統的崩潰。安全凈距在電力標準有明確規定，一般情況下，以海拔1000米的高度作為分界點，在1000米及以下的時候，10kV等級的開關柜設備確保一次元件相對地及相對相間之間的安全凈距不能少于125mm；對于高海拔地區因空氣壓力、密度、絕對濕度和溫度等方面的改變對高壓開關柜的影響，應加大爬電距離、增加絕緣距離、改進母排形狀防止尖端放電，具體10kV等級相對地，及相和相間的絕緣距離，則需嚴格按照GB3906相關標準適當修正絕緣距離。

（2）爬電距離。電力系統是電力部門的核心系統，在實際應用中，高壓開關柜設備中各種組件及其支撐絕緣件（純瓷絕緣件和有機絕緣件）的外絕緣爬電比距有明確的規定，根據絕緣污穢等級通常要求在Ⅱ級污穢對于純瓷爬電比距為18mm/kV，對于有機絕緣要求爬電比距在20mm/kV以上。為了滿足以上技術要求，我們所采取的方法是要求配套生產廠家增加絕緣子的傘群，若高壓開關柜的室內運行環境比較潮濕，可將帶溫控裝置加熱器裝在高壓開關柜電纜室、斷路器室中，以防出現凝露現象。

（3）開關柜五防聯鎖。為了保證電力網的安全運行，開關柜需設有完善的聯鎖結構，以保證操作合理可靠及操作人員的人身安全，防止操作人員誤操作。國家標準對高壓開關設備“五防”閉鎖設計有著明確的要求。即我們在設計制造開關柜設備時，必須遵守以下設計原則：①高壓開關柜內只有當手車鎖定在試驗位置或工作位置時，手車上的電氣閉鎖回路才能接通，同時手車底盤車內阻止斷路器合閘的聯鎖機構才能解鎖，斷路器才能合閘。當手車推在中間位置時，斷路器的電氣合閘閉鎖回路和合閘機械傳動機構均被閉鎖，斷路器不能合閘。（防止帶負荷合閘）。②高壓開關柜內接地開關在合閘狀態時，接地開關操作軸上的聯鎖機構將阻擋手車移動，阻擋手車不能向工作位置推進。（防止帶接地線合閘）。③高壓開關柜內的斷路器在工作位置并處于合閘狀態時，柜體前門后門應該用接地開關上的機械聯鎖構件或閉鎖電磁鐵與柜門閉鎖。（防止誤入帶電間隔）。④在進行高壓開關柜設計時，只有當斷路器手車處于試驗位置或移開位置時，手車上阻檔接地開關關合的聯鎖機構才能解鎖，這時開關柜設備的接地開關才能進行合閘。（防止帶電合接地線）。⑤高壓開關柜內的斷路器手車在工作位并處于合閘狀態時，手車底盤車內阻止手車移動的機構閉鎖，無法從工作位置推出手車。（防止帶負荷拉刀閘）

（4）防護等級。高壓開關柜屬于高壓帶電設備，為了防止人體接近高壓開關柜的高壓帶電部分，在開關柜設計時，我們必須考慮高壓柜體防護等級的要求。雖然開關柜設計時，我們可以設計更高的等級，但隨著等級的提高，在進行設備生產的過程中，費用也會相應提高，同時散熱的各項條件也會隨之變差，所以不能單獨追求高的防護等級。防護等級一般以外殼為IP4X，手車室門打開時為IP2X為宜。

（5）合理進行接地設計。在高壓開關柜電氣設計中，接地設計是重要組成部分。高壓開關柜中的電器元件均帶電的，要求電氣元件需安全可靠接地，確保在檢修設備時檢修人員人身安全。接地系統設計時需設計專用接地母排，并連接到地網。

3 結 語

綜上所述，隨著國民經濟及科技的快速發展，國民對電力穩定性及可靠性要求愈來愈高，10kV高壓開關柜作為輸配電系統中最重要的控制和保護設備，對其進行電氣設計和結構設計時，應該不斷進行完善，相關設計部門應該高度重視這項設計內容。嚴格執行10kV高壓開關柜的設計規范，確保開關柜的電氣及結構設計能夠滿足市場需求，真正提高產品的性能，更好的將產品的功能作用充分發揮出來，最終實現對系統的優化與完善，確保配電系統的安全穩定運行，促進我國電力事業的健康發展。