一種新型12 kV交流固體絕緣開關設備的結構設計

張養庫，古王榮，孫曉丁，屈文剛

一種新型12 kV交流固體絕緣開關設備的結構設計

張養庫，古王榮，孫曉丁，屈文剛

（西安西電高壓開關有限責任公司，陜西 西安 710018）

12 kV交流開關柜設備在中國中壓配網領域中被大量應用，廣泛分布于各個街道和小區，產品的運行可靠性和千家萬戶的生活密切相關。為此，開發了一種固體絕緣型的開關柜，不僅使產品可靠性大幅提高，并且應用場合更加廣泛。

開關柜；斷路器；三工位；固體絕緣

1 引言

KGNG1-12型固體絕緣開關柜作為一種新型的12 kV高端智能配網產品，具有非常高的可靠性，該產品不僅可以滿足常規使用條件，并且適用于各種嚴酷環境。

2 產品結構

該智能緊湊金屬封閉開關設備屬于小型化鎧裝式金屬封閉開關設備，可以有效節省占地面積及空間，從而降低用戶的綜合土建成本。產品規格系列齊全，電氣參數可達4 000 A/40 kA，完全滿足用戶的各種需求。開關柜采用全金屬全絕緣結構，內部配置集成一體化開關和全絕緣母線，三相獨立結構，整柜無外露導體，且所有絕緣表面均屏蔽接地，適合復雜工況的運行環境。KGNG1-12開關柜外形結構如圖1所示。

A—低壓室；B—斷路器室；C—電纜室；D—母線室；1—母線轉接頭；2—斷口觀察窗；3—斷路器/三工位；4—下分支母線；5—電流互感器；6—電纜；7—電壓互感器；8—泄壓板；9—隔離開關機構；10—斷路器機構；11—避雷器。

3 主要參數

KGNG1-12固體絕緣型開關柜的主要技術參數如表1 所示。

表1 KGNG1-12開關柜的主要技術參數

額定頻率fr/Hz50 額定電壓Ur/kV12 額定電流Ir /A1 250、1 600、2 000、2 500、3 150、4 000 額定1 min短時工頻耐受電壓斷口/對地/kV42/48 額定雷電沖擊耐受電壓（峰值）斷口/對地/kV95/110 局部放電水平1.1×Ur/pC< 10 額定短路開斷電流Isc/kA25 31.5 40 額定峰值耐受電流Ip/kA63 80 100 額定短時耐受電流Ik/（kA·4 s）25 31.5 40 開關柜寬度1 250 A/31.5 kA 500 mm 1 600～4 000 A/31.5～40 kA 700 mm

4 產品結構特點

在斷路器、三工位及導體表面涂覆一層環氧樹脂材料，其中填充改性納米級絕緣材料，不僅提高了絕緣性能，并且具有高熱傳導性能，可循環利用。澆注完成后表面噴涂一層新型高散熱、高導電新型石墨烯納米材料并接地，使電場分布更加均勻合理。不僅解決了導體絕緣和快速散熱問題，也使絕緣表面具有良好的接地性能，杜絕了相間短路故障的可能性。斷路器表面接地結構如圖2所示。

全絕緣母線采用優質銅材管型母線，在所有搭接處均有防止電場集中和局部放電的措施，且絕緣母線表面也均勻接地，有效防止了因環境因素造成相間放電或相間短路故障。

主要部件和連接導體標準化設計，合理地配置元件，使開關柜的整體構布置合理化。加工時，分別澆注成型，進行密封連接，從而實現了固體絕緣環網柜整體結構的小型化。

圖2 斷路器表面接地結構示意圖

5 主要元件

5.1 斷路器/三工位

斷路器和三工位集成一體化設計，滅弧室采用真空斷路器，三工位隔離開關和真空斷路器一次澆注而成，防護等級達IP67。斷路器/三工位結構如圖3所示。電場仿真結果如圖4所示。

圖3 斷路器/三工位結構圖

圖4 電場仿真結果

三工位的隔離、接地開關一體設計，操作主軸采用絲桿結構，操作位置精準可靠，壽命長，隔離開關動靜觸頭聯接安全可靠，動靜觸頭開距長，保證開關的絕緣性能高。產品具有三個工作狀態，相互機械閉鎖，不會造成誤操作。為保證檢修維護人員安全，可通過觀察窗觀察隔室內隔離接地開關所處位置。三工位開關位置指示如圖5所示。

5.2 連接母線

開關柜可以根據用戶要求進行并柜，柜體之間采用全屏蔽管型母線進行連接，上端母線通過母線室連接，提升柜轉接母線通過電纜室進行轉接。上部母線連接如圖6所示。下部母線連接如圖7所示。

圖7 下部母線連接示意圖

5.3 模塊防水

模塊間采用可靠的密封搭接防水設計，即使把斷路器/三工位模塊放置在水中，仍可通過48 kV工頻耐壓試驗。斷路器/三工位浸水試驗如圖8所示。

圖8 斷路器/三工位浸水試驗

采用全屏蔽型電纜接頭，阻止空氣中的水分進入導體，提高產品可靠性。

全屏蔽型電纜頭結構如圖9所示。

導電回路采用絕緣介質包裹，加上可靠的密封搭接設計，使得設備主要元件和連接件具有很高的防水性能，產品可在沿海、海上風電等潮濕環境中可靠運行。

導體不和空氣直接接觸，并且表面屏蔽接地，所以外絕緣不受空氣密度影響，產品運行就不會受高海拔高度影響，能在高海拔地區可靠運行。

5.4 物聯網設計

如圖10所示，通過裝配特定傳感器，對開關柜內部模塊的溫度、局部放電量、機械特性等參數進行在線監測，并可在如圖11所示的手機APP或運行平臺監控，實現遠程專家診斷，實時掌握開關運行狀態，同時把發現的問題消滅在初始狀態，保證產品生命周期內的可靠性。

①—630 A接頭；②—導電桿；③—雙頭螺栓；④—屏蔽型避雷器；⑤—螺母；⑥—平墊；⑦—彈墊；⑧—后堵蓋；⑨—后護帽；⑩—接地線。

圖10 物聯網智能開關設備

圖11 平臺監控

6 綜述

綜上所述，該新型開關柜的開發與應用，有利于城網、農網建設和改造。該產品有比較高的性價比，為中國的電網建設提供了方便。

［1］徐國政，張節容，錢家驪，等.高壓斷路器原理和應用［M］.北京：清華大學出版社，2000.

［2］林辛.現代高壓電器技術［M］.2版.北京：機械工業出版社，2011.

［3］西安高壓電器研究院有限責任公司，上海天靈開關廠有限公司，中國電力科學研究院有限公司，等.GB/T 3906—2020 3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備［S］.北京：中國標準出版社，2020.

［4］IEC/SC17C.IEC 62271—200—2003 高壓開關設備和控制設備第200部分：額定電壓1 kV以上52 kV以下交流金屬封閉開關設備和控制設備［S］.出版社不詳，2003.

TM643

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2021.08.020

2095－6835（2021）08－0057－03

古王榮（1975—），男，碩士，正高級工程師，研究方向為高壓電器設計。

〔編輯：丁琳〕