開關柜結構設計與制造的分析與實踐

雷磊鑫

摘要：開關柜作為一種重要的配電設備，在現代電網、工程建設中發揮著重要作用。如何提高開關柜性能，以滿足社會發展需要，是開關柜發展變革的必然趨勢。基于此，本文詳細分析了開關柜結構設計與制造。

關鍵詞：開關柜;結構設計;制造

開關柜是電力系統中最重要設備之一，合理的設計與制造直接決定著電力系統的穩定性，實現了低成本、高質量的開關柜制造設計，可從制造形式、結構形式、機械制造工藝、電氣性能等方面對實際工作進行分析，以降低生產成本，改善開關柜外觀質量，確保電氣安全，這項工作對成本、產品性能及質量有著重要影響與意義。

一、開關柜簡介

開關柜是配電的重要組成部分，在現代電網、工程建設中起著重要作用，所以提高開關柜的結構設計和制造水平已成為發展變革的必然步驟。開關柜柜體是其制造基礎，因而其結構不僅要滿足柜體本身要求，還要滿足各電氣單元組合功能條件。

二、開關柜操作要點

開關柜工作時，先安裝后封板，關閉前下門，確保接地開關主軸保持分閘狀態。用運轉車將斷路器手車推入開關柜，此時靜電插座指示燈亮起，然后關閉開關柜前、中門，將斷路器手車位置從試驗位置切換到工作位置，最后合閘斷路器手車;維護開關柜時，先分閘操作斷路器手車，再將斷路器手車從工作位置切換到試驗位置，開關柜運行指示燈熄滅，試驗指示燈亮起。當測試指示燈亮時，打開前中門，拔下二次插頭，測試指示燈熄滅，最后將斷路器手車推出開關柜，合上接地開關，打開下封板及前下門。

三、開關柜結構與基本工藝特點

1、結構特點。開關柜結構開發中呈現出多種形式，這主要取決于其使用環境、電壓等級要求及制造商特點，形成了不同構造特征，但主要有兩種構造類型：①抽出式。該開關柜配有開關等主要電氣元件的可移裝置及固定柜體，因柜體某些部分可互換，開關等重要元件安裝在柜體可移動裝置部件上，移動件易于更換，移入后定位可靠，因此，需大幅提高其精度，抽出式部件必須具有較高機械強度和精度，并具有足夠的調整量。若相同類型規格時可準確互換。②固定式。此形式可確保所有部件牢固安裝在柜體中的正確位置。排列時中間不應有凸起，因此，應滿足整體外形要求。安裝過程中，地基平整較重要，并盡量抵消平整度與柜體橫向差值，一旦差值累積，柜體將變形，影響母線連接、組件異位安裝、應力集中，甚至電氣件使用壽命。因此，排列時安裝參考點是地基最高點，安裝時，應統一調整易于運輸及安裝影響部分。

2、加工方式

①焊接。焊接方法加工方便，結構牢固，使用可靠，由于其較牢靠，焊接完后不易調整，還易變形，產生誤差等。另外，噴漆也存在一些困難，主要是因開關柜總面積較大，這也會影響開關柜外觀。因此，有必要不斷提高焊接人員技能及對焊接工藝的熟練度與精度。

②組裝。具有工作量小、降低外觀處理困難等優點，主要用于構件的一般加工。而且構件外部尺寸不易產生誤差，因此可先進行噴涂。然而，這種方法要求零件精度高，成本投入大。

③焊接和裝配聯合應用。其在一定程度上避免了這兩種加工方法的缺點，這兩種加工方法的優點集中在一起，能促進開關柜加工技術。可在開關柜連接主要部位用焊接方式，后期根據使用情況需改進部件可用組裝方式，有利于后期性能的提高。

3、構件取材分型材和板材。型材包括角鋼槽鋼，以及特殊鋼管與槽鋼。大部分角鋼槽鋼構件以焊接形式連接，加工時，連接端應吻合且少間隙，否則會影響焊縫，增加變形量;特殊鋼管構件連接可焊接或緊固件連接，一般接頭應配專用聯接件，聯接件應牢固、正確，否則會影響柜體外觀。選用統一特性鋼管，在統一面上設置間距（模數）均勻的孔洞，提供統一通用聯結件，根據統一模數組合成柜體，以便柜體設計、備制構件、生產準備，但加工孔量多且用的少，空間利用率受到一定限制。板材構件可根據需要定形，無預設成型條件限制。此類結構設計工作量大，定型后變化小，結構主要部件以焊接為主，變異處或需調處以緊固件（如低壓控制箱、控制臺等）連接為主。

四、開關柜結構設計與制造

1、結構形式的考慮。若事先已確定了開關柜標準，設計者應按國家政策與行業規范完成設計。設計過程中，設計者應考慮使用者，擴大問題范疇，便于后續維護等，按鍵和燈等可安裝在較低位置，方便了后續部件的維護或監測等。若開頭柜內部零件出現不良問題，應及時更換，以優化和簡化維護操作。對元件操作及端子接線提高其合理性，并得到保證。為便于連接，操作者應綜合考慮各線孔位置、規格及封閉性能等。

此外，還必須從根本上考慮開關柜形成的分布狀態和所引發的影響，以全面提升其質量、運行性能，以及用戶效益。為便于操作，設計人員可適當調整儀表處面板與高低差，并在偏下部位安裝開頭轉換按鍵，這將提高其操作特性的便捷系數，可使用回路原理調節，以確保所有承載元件的正確分布。電流分布將變得更加平衡化，能有效存留少許余量。但若未預先定義開關柜標準時，則可根據用戶要求和元件結構特點等科學選擇，以提高開關柜符合度。

2、考慮安全性能。設備運行時，電弧是一種不可避免的現象，會嚴重影響設備運行。為提高開關柜抗電弧能力，可在其內部添加金屬隔板，以隔離形式提高開關柜抗電弧性。而且可在開關柜上增加相應電弧檢測設備，監督檢測其電弧狀態，設計時可將這兩種功能結合起來，提高開關柜內導電體電弧絕緣水平，以提高開關柜電氣安全性能。此外，增加泄壓通道可進一步提高開關柜安全性能，增加泄壓通道旨在提高開關柜人身防護水平，保持開關柜穩定運行，手動將柜內異常情況下產生的氣壓引導至無害方向，但注意防止異物進入，并采取相應的防護措施。

3、考慮開關柜結構輔助設計。為提高開關柜整體質量水平，可在傳統開關柜設計基礎上增加一些輔助設計。對于開關柜的操作，可通過重新設計儀表板來優化其操作效果;在開關柜外觀設計中，焊接完后可對相關焊接點和表面拋光，使其外觀更加美觀;對于鈑金加工，可用一些高精度現代儀器來改進開關柜夾具和模具的設計。

五、開關柜結構設計發展趨勢

當前，我國加工制造業的智能化發展已成為行業發展的主要趨勢。在開關柜結構設計和制造發展方面，未來的主要方向也是智能化。發展智能化開關柜實現了自我診斷功能、故障記憶功能、負載控制功能、電網運行狀態檢測功能等，實現了各個性能的優化發展。這些優化能實現自動報警，有效防止系統故障引起的電力安全問題，為解決系統重復出現的問題提供了一種良好的檢修方法。不良電流運行量提示能有效防止系統故障，實現實時監測和反饋。智能化開關柜可實現測量、保護、故障錄波與遙控等功能。可測量電網電壓、電流和無功功率等，實現電流電壓、不平衡電壓和電流等的保護功能。故障發生前后2秒內，各相電壓和零序電流波形，讀取故障，通過通信網絡實現遙測遙控，具有系統化、可通信、動態化特點。它將現代傳感技術與計算機技術相結合，實現對系統各種狀態的實時監測、故障診斷和反饋，所以具有系統化特點。還能有效連接變電站智能配電系統、動畫系統、計算機、智能開關柜控制及保護單元，實現通信功能。隨著科技的進步，各種創新技術的出現與應用也將促進開關柜技術的進步及進一步發展。

總之，開關柜是電氣系統用于發電、輸電、配電、轉換時對用電設備的開合、控制和保護。主要由斷路器、隔離開關、負載開關、各種保護裝置等組成，適用于發電廠和變電站等各種場所。

參考文獻：

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