10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計注意要點

瞿鵬程

江蘇東源電器集團股份有限公司

10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計注意要點

瞿鵬程

江蘇東源電器集團股份有限公司

隨著社會的發(fā)展，供電質(zhì)量要求日益提高，作為供配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，開關(guān)柜設(shè)計的安全性、經(jīng)濟性和可靠性越來越為人們所重視。目前10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計問題越來越受到重視，因此在實際應(yīng)用中需要從多個方面進行設(shè)計，熟悉掌握電力技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，逐步提高設(shè)計水平。

10kV；高壓開關(guān)柜；設(shè)計

1、10kV高壓開關(guān)柜現(xiàn)狀

高壓開關(guān)柜主要有固定式、中置式。近年，通過分析變電站內(nèi)10kV高壓開關(guān)柜運行中發(fā)生的各類故障，總結(jié)出影響其可靠性的主要問題。(1)開關(guān)柜存量大、問題多，平均運行15年左右，故障率較高。(2)小型化開關(guān)柜空間緊縮，分支排間、分支排對地間絕緣凈距嚴(yán)重不足，受潮濕、灰塵等影響，多發(fā)生絕緣降低、局放超標(biāo)等缺陷。(3)高壓室由于存在通風(fēng)除潮設(shè)備配置不足或使用效果不佳，電纜孔洞封堵不完善等問題，因此多發(fā)生絕緣設(shè)備受潮、小動物進入等嚴(yán)重事故。(4)部分單位存在不符合《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》情況，如開關(guān)柜內(nèi)接線隱患，“五防”、泄壓通道不滿足要求等。(5)開關(guān)柜技術(shù)門檻低，生產(chǎn)廠家多，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊。

2、10kV高壓開關(guān)柜設(shè)計注意要點

2.1 安全凈距

絕緣安全距離是高壓開關(guān)柜設(shè)計中必須注意的重點，目前絕緣安全距離包括兩個方面，一方面開關(guān)柜中三相帶電導(dǎo)體之間要不小于相關(guān)規(guī)定的安全距離，同時帶電導(dǎo)體與其他金屬安裝板之間也應(yīng)滿足一定的安全距離要求，另一方面帶電三相導(dǎo)體對地也應(yīng)保證一定的絕緣安全距離；只有保證了以上兩方面絕緣距離的要求，才可以保證電路不出現(xiàn)因高壓放電帶來的短路問題；根據(jù)目前電力標(biāo)準(zhǔn)和國網(wǎng)十八項反措要求規(guī)定，單純以空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)柜或控制設(shè)備，且開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備應(yīng)用在海拔為1000米以下的情況，三相之間以及相對地之間最小的空氣絕緣距離為不小于125mm，同時帶電體到門最小間距應(yīng)不小于155mm，如果開關(guān)設(shè)備或控制設(shè)備應(yīng)用于高海拔(即大于1000米)地區(qū)時，絕緣安全距離要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行加以修正系數(shù)；在實際的工程應(yīng)用中，會經(jīng)常出現(xiàn)由于放置開關(guān)柜設(shè)備建設(shè)廠地面積的限制，需要將部分開關(guān)柜的尺寸減小，由此將導(dǎo)致開關(guān)柜內(nèi)的絕緣安全距離不夠，為了解決此種問題，設(shè)計中經(jīng)常采用以空氣和絕緣板組成的復(fù)合絕緣作為絕緣介質(zhì)方式進行，但此種復(fù)合絕緣要求絕緣隔板到帶電體之間的最小空氣間隙不小于30mm，而絕緣隔板由于受到周圍空氣濕度的影響，如果空氣濕度較大，會出現(xiàn)隔板帶有凝露現(xiàn)象，進而導(dǎo)致絕緣隔板與帶電導(dǎo)體之間產(chǎn)生放電現(xiàn)象，為了避免此現(xiàn)象發(fā)生一般在開關(guān)柜內(nèi)設(shè)計放置加熱器或者驅(qū)潮器來控制內(nèi)部潮濕度，同時絕緣隔板隨著使用時間的加長，隔板會出現(xiàn)老化問題，隔板的強度和絕緣性會下降，因此需進行定期的巡檢和保養(yǎng)，所以建議復(fù)合絕緣在條件允許的情況下最好不選用。

2.2 爬電距離

由于電力系統(tǒng)用戶往往追求高可靠性，實踐中我們要符合以下條件：高壓開關(guān)柜中各組件及其支持絕緣件(純瓷及有機絕緣件)的外絕緣爬電比距(高壓電器組件外絕緣的爬電距離與額定電壓之比)對于純瓷絕緣為18mm/kV，對于有機絕緣為20mm/kV。由于這一要求比較高，很多常規(guī)的元器件往往滿足不了要求，這就要求我們告知元器件生產(chǎn)廠家加以定制。元器件生產(chǎn)廠家往往會采用不增加絕緣子高度而增多或增高裙邊的方法。我們在選型時要注意裙邊的高度與裙距比例不能太懸殊，另外，我們還應(yīng)注意開關(guān)柜使用場所的環(huán)境條件，為了防止發(fā)生凝露，我們可以在開關(guān)柜中加入帶自動控制的加熱器。

2.3 五防連鎖

我們應(yīng)該采取一些實際的行動來預(yù)防事故，我們可以在設(shè)計開關(guān)柜時加入一些強制性的連鎖裝置或在醒目的地方采取提示措施。

1)防止誤分現(xiàn)象的發(fā)生，變電站通常有兩種形式，一種是有人值守的變電站，一種是無人值守的變電站，為了更好的區(qū)分二者，我們可以通過不同的編號和不同顏色的標(biāo)記來實現(xiàn)其判斷的過程，比如我們比較常見的紅綠翻盤，每一個斷路器在運行的過程中都可能會出現(xiàn)這樣的牌子。而如果是無人值守的變電站，因為斷路器在操作的過程中都是以遠程的方式來實現(xiàn)的，這樣就不能采用翻牌的方式，所以在無人值守變電站當(dāng)中會加入一個人覅是你我連鎖裝置，這樣就可以有效的避免因為操作失誤而出現(xiàn)的各種問題。2)防止帶電負荷的失控引起的事故。主要有帶電負荷對上下的隔離開關(guān)的影響和帶電負荷對斷路器手車的影響。解決這一事故常用到的方法是用機械連鎖進行強制性的連鎖，因為隔離開關(guān)和手動車斷路器之間不能夠分?jǐn)嗪完P(guān)合正常負荷電流。一旦操作失誤，隔離開關(guān)和斷路器手車都會被燒毀，如果控制不好，事故可能擴大。3)防止帶電操作時和上了接地開關(guān)或是將臨時地線接通。解決這一問題需要采取機械連鎖的方法，因為這些地方極易因人的誤操作而引起事故。4)防止臨時接地線或接地開關(guān)的接通，使得在合閘時送電。解決這一問題需要采取機械連鎖的方法，因為這些地方極易因人的誤操作而引起事故。

2.4 防護等級

防護等級也是10kV高壓開關(guān)柜結(jié)構(gòu)設(shè)計時需要著重考慮的一項問題，防護等級只有滿足一定需求，才能夠起到一定的保護作用。在具體設(shè)計過程中，隨著防護等級的提高，相應(yīng)的費用也會增加，散熱條件也會隨之變差。所以，為了確保開關(guān)柜整體結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足需求，在對防護等級進行設(shè)計的時候，必須綜合考慮上述幾個方面的因素。

2.5 動穩(wěn)定

在電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜通常要能承受20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的額定短路開斷電流，當(dāng)開關(guān)柜中通過如此大的電流時，相間及同相母線之間會產(chǎn)生很大的電動力。這時，我們需借助支撐絕緣子的支撐，使母線不會產(chǎn)生明顯位移。一般而言，兩個絕緣子之間的距離不應(yīng)超過800毫米，對于某些薄弱環(huán)節(jié)還應(yīng)給予加強。由于動穩(wěn)定的理論計算極其復(fù)雜，一般設(shè)計時需依靠設(shè)計者的經(jīng)驗，最終需通過型式試驗加以檢驗。

2.6 溫升

電力系統(tǒng)中開關(guān)柜通常要能承受4000A及以下的正常工作電流，由于一次元器件通常處于密封的柜內(nèi)運行，他們產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到柜外，所以導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高。若溫度超過以下極限值，便會燒毀元器件，釀成事故。(表1)

表1

為了達到溫升的限制條件，我們必須加強制造工藝。雖然我們可以采取在電氣聯(lián)接面上涂凡士林、導(dǎo)電膏、鍍錫、鍍銀等種種措施，但最終的保證在于制造?？梢哉f，運行中發(fā)生事故的絕大多數(shù)開關(guān)柜都是由于制造工藝不過關(guān)，從而導(dǎo)致溫升過高引發(fā)的。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，我們要極力避免渦流現(xiàn)象的發(fā)生，實在無法避免時，建議采用磁阻率高的材料。

[1]代佳佳，苗紅霞.基于有限元方法高壓開關(guān)柜電場的優(yōu)化設(shè)計[J].機械制造與自動化，2015，44(02)：172-176.

[2]梁文濱.芻議高壓開關(guān)柜的設(shè)計與應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，(22)：55-56.