中壓環網配電開關設備的設計與發展

鐘濱濱

摘要：本文主要針對中壓環網配電設備中的相關設計要求做了簡介，重點對絕緣機構設計、接地開關等做了相應論述。針對當前城市的用電量不斷擴大，對供電設備的可靠性提出了越來越高的要求，于是對未來供電設備的發展趨勢做出了推測。

關鍵詞：中壓環網配電設備;設計;未來發展

中壓環網配電設備的主要作用在于，保護供電線路的運行安全。環網配電設備之中內含負荷開關與熔斷器等裝置，可以為環網線路的正常運行提供良好保障。可以看出，該設備在電力系統二次配件領域內發揮著十分重要的作用。該設備的購買成本與維護成本均較低，結構簡單，占地面積小;同時卻具備著較高的性價比，較大的供電參數與穩定的運行狀態。伴隨著環網供電技術的不斷發展，該設備也逐漸被推廣應用。

一、總體設計

環網配電開關的設計主要是為了滿足電力系統中的相關使用需求，以及符合國家規定標準而制造的。該設備可以針對不同場合與不同控制對象，結合主要電器元件的自身特點，以此來確定功能單元的安全級別、結構類型等。主開關大多由斷路器負荷開關組成，極個別是組合電器。在設計時，應當首先考慮較為復雜的負荷開關與熔斷器組合而成的電氣回路，并以此設定總體結構以及外形尺寸等，同時負荷開關回路與其設計相類似。根據以上內容，可以確定大致柜型，例如負荷開關柜，多回路柜等。

在一次導電回路中，涉及各元件的布置與導體走向等方面時，應當充分考慮散熱能力，以及載流等問題。為了保證動熱穩定實驗時，不會引發動觸頭的自動退出，應當使元件的布置結構可以借助合閘時的電動力，發揮效力。在設計母線時，應當根據通流容量推測出大致電流密度，一般選擇圓形或扁形母線。設計電連接中的動靜觸頭、固定連接和滑動觸頭時，應當保證其所接觸的電阻較小，接觸性良好。為了防止電化腐蝕對接觸面造成的破壞以及電阻增大等問題的出現，在兩種不相同的金屬導體進行連接時，需采取一定的保護措施，例如在導體的接觸面進行鍍銀等保護工作。

設計隔室時，應當保證設備與人員的安全性，便于人員進行加工和組裝，同時有利于防止內部故障導致的電弧擴大。每個隔室都應當安裝壓力釋放裝置，一旦出現故障，該裝置可以幫助限制與釋放壓力，致使所產生的高壓氣體可以順著釋放通道流向柜外。并且各隔室的防護等級，應當保持在IP3x以上，其中的隔板可根據不同需要進行選擇。

二、絕緣結構

在設計開關柜時，應當使其保持在國家相關標準中所規定的試驗電壓之上，并且可以耐受最高工作電壓與短時過電壓。在進行絕緣設計時，應當首要考慮各絕緣件的工作環境，以及確定所需的材料結構等。因為不同元件與導體的外型會對柜內電場的分布產生直觀影響，所以，設計導體時應當使其外形保持圓滑，避免出現過硬的棱角。這樣才可以使柜內電場呈現均勻分布。

空氣絕緣：當前設計產品時主要采用以空氣為主體的復合絕緣，在進行設計時，通常需要考慮到相關標準中規定的電氣間隙，爬電距離等，以此來確定絕緣尺寸。由于近年來電場計算軟件水平的不斷提高，作為設計絕緣產品的輔助工具，有限元分析可以實現較為精確的設計。通過電場分析軟件的數值計算，可以得出絕緣薄弱環節，然后進行布局調整或結構優化，并結合使電場均勻分布、較強的電極耐受力，以及絕緣件的外部與內部場強等因素，改變電場的分布，促使局部電場變得均勻，降低電場強度的最大值，并且建議通過屏蔽技術，使場強有所改善。

氣體絕緣：為了保證良好的密封性與低污染性，當充氣柜處于低壓力范圍時，應當選用sf6、n2以及干燥的壓縮空氣或混合氣體作為主回路導體與密封箱體之間的絕緣介質，此時仍需注意的主要問題在于，雖然充氣柜內不具備高壓氣體，但仍需注意密封問題。雖然從宏觀上看，一旦柜內氣體出現泄漏時，內部壓力等同于外部壓力，此時氣體將不會繼續泄漏。但是從滲透角度思考，柜內的絕緣氣體壓力仍然明顯高于柜外，所以，氣體仍將持續滲出。可是一旦柜外壓力高于柜內時，空氣又將通過縫隙反向進入柜內。長此以往，雖然柜內的壓力沒有發生變化，但是氣體成分已然發生改變，空氣所占比大大增加。

界面絕緣與固體絕緣：固體絕緣件的主要作用表現為，當處于大氣中的固體絕緣件相互對接時，在接觸表面會形成一個分界面，此時如果存在空氣間隙，那么就可能會成為放電路徑與絕緣薄弱的環節。為了改善這一缺陷，可使用硅橡膠等彈性材料貼合在固體絕緣表面上，以此減小或除去分界面上的氣體間隙，提高界面絕緣能力。固體絕緣主要是通過用硅橡膠等絕緣材料對高壓元件中的帶電的芯部分進行硫化或澆注，再在外部運用噴鍍液態金屬等方法，構建一接地層或半導電層，使用固體絕緣材料維持芯部高壓導體和半導體或接地金屬之間的耐受電壓，以此來提高安全系數。同時可以將高壓元件放在隔室的外面，增大元件彼此間的距離，便于使用。

三、機械傳動、鎖定和聯鎖

機械傳動的主要構成有：隔離開關、接地開關、斷路器操動機構及門連鎖等不同方面的運動傳遞、鎖定和聯鎖。目前該部分可優化的方向有：傳動機制的原理與布局、減少零件數量、降低操作力等，可以使受力分布合理、外觀簡潔、可操作性強、安裝便捷。為了避免工作人員出現操作中的失誤，開關柜都配備了一套預防出現失誤操作的聯鎖裝置。

四、可靠接地

按照相關規定，開關柜在設計之初都需配備必要的接地開關。進行設備維護時，需要先將需要觸碰的主回路接地;在機殼外部低端，需要安裝適用于規定故障條件的接地導體與端子，進行并柜時，使用導體連接彼此;使用接地回路連接接地開關與接地導體;相鄰柜、接地導體與接地開關之間進行連接時，需可以承受規定的短時耐受電流與峰值耐受電流;為了確保功能單元內部之間的接地連續，應使框架、蓋板等構件之間在電氣上保持連續。除此以外，需要保證從機殼金屬部分的任一點到接地導體，若通過30A的直流時，電壓不可超過3V。

五、未來發展規劃

隨著城市用電量的不斷增大，對供電設備的可靠性也提出了新要求，環形網絡設備和多回路配電柜已然成為了配電系統中的重要組成部分。隨著信息技術的逐步發展，集成技術與機電一體化技術也得到了顯著提升，未來的供電設備會變得更為智能化、模塊化、體型更小、成本更為低廉。

參考文獻

[1]李建基.高壓開關設備實用技術[J].北京：中國電力出版社，2004.

[2]熊泰倉.中壓開關設備使用手冊[J].北京：中國電力出版社，2010.