中壓開關柜的二次優化設計

程新軒

摘要：中壓開關柜二次優化設計具有重要實際意義。隨著二次回路優化設計的推進，中壓開關柜的可靠性和智能化得到顯著提高。

關鍵詞：中壓開關柜;現狀;二次優化設計

工程設計中，為保證斷路器的安全穩定，必須改進其接線方式，以確保開關柜的可靠運行，并在設計中逐步改進相應設計，以提高開關柜安全性、穩定性、可靠性和智能性，這對開關柜的發展起著重要的推動作用。

一、中壓開關柜概述

中壓開關柜全稱為中壓交流金屬封閉開關設備，主要工作在中壓環境中，除外部連接外，基本保持封閉式設計。內裝三相交流開關設備，電壓在3.6～4.5kV間。主要功能是接受及分配用電負荷。由機柜與斷路器組成，具有架空進出線、電纜進出線、母線聯絡等功能。

1、基本原理。中壓開關柜基本原理并不復雜，為保證其在生活生產中長期有效運行，必須保證二次直流和交流電的正常供應。其內部電流互感器通常有兩組或三組線圈，在這些線圈中，一組用作測量數據，如將萬用表連接到此駔線圈上，另外，還有一組線圈用于保護中壓開關柜的整個內部電路，如一些abb保護單元，若有第三組線圈，則僅出現在差動保護100進線柜中。若進出線和接地線通過零序電流互感器，注意檢查三相不平衡電流，不同電源支持不同工作元件，根據需要使用和劃分交直流，這是中壓開關柜的基本原理。

2、分類

1）按結構分。①半封閉式：柜體正側面封閉，背面與母線裸露，具有結構簡單、成本低、安全性差的優點，幾乎已淘汰。②箱式：它有一個金屬外殼，但間隔數量少，而且母線是封閉的，較安全。如XGN型。③間隔式：各室由一個或多個非金屬隔板隔離，更為安全。如JYN型。④鎧裝式：各室用金屬隔板隔離并接地，安全性好，結構復雜，加工精度高，價格略高，如國產KYN和abb公司的ZSl型。2）按絕緣介質分。①空氣絕緣：極間與極對絕緣由空氣間隙保證，絕緣性能穩定，成本低，機柜體積大。②復合絕緣：極間與極對絕緣是通過更小空氣間隙加固體絕緣材料保證，柜體體積小，防凝性差，成本高。③（SF）氣體絕緣：回路中的所有元件均放置在充滿SF氣體的密閉容器中，其技術復雜，加工精度要求高，價格高，這種方法通常用于超高壓設備。這種中壓開關柜在國外被使用，但在我國尚無這種產品。

二、中壓開關柜現狀

隨著社會科技及經濟的發展，人們對用電安全穩定要求越來越高，開關柜的使用也在不斷發展變化，然而，從行業運行維護發展角度來看，傳統的開關柜維護方法已不能滿足當今社會需求，故障維護必須吸取現代科技發展成果。

在維護方案中，傳統維護方案無實際操作說明，或只根據工期判斷故障及性能下降，未對方案維修。如設備清洗和機械部件潤滑等僅根據說明維護，無實質性維護方案。但現代智能化需更有效方法來改進此工作。

通常，傳統設備為減少運行故障，需制定維護周期計劃。但現代需要結合系統設備的運行和工藝條件來審查收集信息。為提高系統穩定性，便于檢查評估，并采取最有效措施確保停電維護僅在設備運行后期進行，并確保延長有效的使用時間。

三、合閘回路和跳位監視回路設計現狀

一些斷路器無跳位監視回路，如VEX斷路器。斷路器合閘回路與集成保護裝置一起使用時，若接點連接到TWJ跳位繼電器的輸出點和綜合保護裝置的合閘出口，斷路器合閘時，QF常開接點閉合，防跳繼電器K0啟動形成自保持回路，YWJ線圈與防跳繼電器形成回路，導致YWJ線圈和K0防跳繼電器長時間帶電，不能再次合閘和跳位監視。

為使綜合保護裝置正常工作，斷路器輔助閉點一端通常與TWJ綜合保護裝置跳位繼電器輸出點連接，嘏另一端直接接負電源，這種設計方法只能使綜合保護裝置的合位和跳位繼電器正常工作，控制回路無斷線報警故障，但不監視斷路器合閘回路的完整性，這是一種設計“假象”監視回路方法。

一些斷路器配有跳位監視回路，如VD4斷路器。斷路器跳位監視與集成保護結合使用時，跳位監視接點與TWJ跳位繼電器的綜合保護裝置直接連接，能實現跳位監視功能，但這種設計方法只能監視S1接點到線圈Y3的回路是否完好，不能監視整個合閘回路，不能形成真正的跳位監視。

四、合閘回路和跳位監視回路優化設計

考慮到上述不合理回路設計缺陷，當斷路器配有防跳裝置和綜合保護裝置配合時，斷路器防跳繼電器K0的輔助閉點可增加到跳位監視回路中，形成完整的跳位監視回路，以解決防跳繼電器不能對整個合閘回路維護監視問題。圖1所示為斷路器合閘回路和跳位監視回路接線圖。接線過程中，將接點①與保護裝置TWJ連接，接點②接至綜合保護裝置合閘出口，以PSL691U綜合保護裝置控制回路接線為例。

在防跳操作期間，因綜合保護裝置的TWJ前端為正電源，若斷路器跳閘后跳位監視回路中無防跳繼電器K0閉點，通過“正電源-線圈TWJ-QF常閉接點-合閘回路-負電源”回路，防跳繼電器K0通電并重新啟動，以保持防跳繼電器且不能返回，從而使斷路器無法再次合閘;在跳位監視回路中增加防跳繼電器K0閉點后，K0啟動后，防跳繼電器K0常閉觸點打開，導致跳位監視回路不能啟動斷路器防跳線圈回路，使防跳繼電器能可靠返回，斷路器控制回路能正常工作，此外，該設計方法還能通過綜合保護跳位監視功能，監視整個斷路器合閘回路的完整性。

五、大電流開關柜風機控制回路設計現狀

當開關柜工作回路電流大于2500A時，開關柜主分支母線受熱嚴重，影響其正常運行，嚴重時可能發生開關柜爆炸事故，因此，在設計這類開關柜時，應在柜頂或柜內安裝風機，以降低開關柜運行時柜內溫度，減少其事故隱患，確保開關柜正常運行。

因風機通常安裝在開關柜或柜內，因此正常運行期間，無法目測觀察風機狀態，當前，風機二次控制回路設計相對簡單，不科學。如圖2所示，設計方法未考慮風機二次電氣運行狀態監控，并且風機的運行僅依賴于風機開關的手動控制，使風機能長時間連續運行，從而縮短了風機使用壽命，若未操作控制開關，風機可能因人為因素而無法啟動，導致發生事故。因此，這種設計方法存在較大安全隱患，需改進和優化。

六、大電流開關柜風機控制回路的優化設計

由于上述風機控制回路設計無法監控風機運行狀態，風機無法自動啟動，在柜頂安裝軸流風機及柜內斷路器底部安裝貫流風機方式，提出了風機控制啟動回路的兩種優化方案。方案一：軸流風機安裝在柜頂時，工作原理為：開關柜工作時，回路電流達到風機啟動設定值時，通過電流互感器二次繞組回路起動繼電器線圈LJ1，閉合常開接點LJ1，通過風機起動回路起動風機M，起動電流繼電器線圈LJ2，然后，常開接點LJ2閉合，風機起動指示回路連接，風機指示燈BD工作。當開關不工作時，使用HK風機控制開關手動啟動風機，以檢查風機控制回路的完整性，并確保正確操作風機以進行后續工作。該設計方法實現了二次風機的啟動功能，通過自動檢測開關柜一次回路的電流值來監控風機運行狀態，使風機控制趨于智能化。LJ1繼電器的選型和動作整定值可按公式設定，中置柜風機KYN18C-12和KYN28A-12等一次側電流值一般設置為2500A，電流互感器一次側電流值為柜內安裝電流互感器的電流值;LJ2繼電器按DL-31/0.6A選用，整定值一般按0.4A整定。方案二：當貫流風機安裝在柜內斷路器底部時，該方案工作原理與上述方案一類似，不同之處在于，當開關柜配備貫流風機時，風機可附帶微動開關，開關柜運行時，當回路電流達到風機啟動設定值時，繼電器線圈LJ1通過電流互感器二次繞組回路啟動，LJ1常開接點閉合，通過風機起動回路起動風機M，其風機微動開關常開接點S閉合，風機起動指示回路接通，風機指示燈BD工作，該方案可少配備一只電流繼電器，接線較簡單。

參考文獻：

[1]劉丙剛.中壓開關柜的二次優化設計[J].電工電氣，2016（02）.

[2]康在強.中壓開關柜的二次優化設計研究分析[J].自然科學，2016（01）.