论文部分内容阅读
【摘 要】随着我国电力建设的不断加大和电力技术的不断发展，开关柜产品越来越完善，这就要求设计制造者集思广益，应用新技术并注重细节改进，保证开关柜设备的安全可靠。本文主要对10kV配电开关柜的设计要点进行了分析。
【关键词】配电工程；10kV开关柜；设计原理
引言
随着我国多年来对电网的大力建设和新一轮农网、城网改造的推进，10kV开关柜在电力系统中得到广泛应用。虽然国内10kV开关柜技术已相当成熟，并逐步标准化，但对于不同厂家和项目，开关柜的设计也可能会不同。这就要求我们必须深刻理解并执行相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的典型设计要求，以避免给产品的安全运行带来隐患。
1、10kV配电开关柜的设计要点分析
高压开关柜是由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器、站用变压器以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置。其内的空间以空气或复合绝缘材料作为介质，用作接受和分配电网的电能。高压开关柜可以分为：半封闭式高压开关柜、金属封闭式高压开关柜、金属铠装式高压开关柜、间隔式高压开关柜、箱式高压开关柜以及绝缘封闭式高压开关柜等。
1.1 外壳设计
10kV配电开关柜的外壳必须是金属的（除通风窗、排气口外），并具有一定的强度，不得用网状编织物、不耐火或类似的材料制造；金属封闭式高压开关柜主回路的一切组件均安装在金属外壳内，外壳的防护等级应满足下表（不含防水6级及以上）的规定。
一般10kV开关柜防外物能力为3或4级（主要防蛇、鼠等小动物进入），防水等级为1级，即IP31或IP41。
1.2 隔板设计
高压开关柜中各高压电器组件的隔板，一般是金属制成，与外壳具有相同的机械强度并接地；10kV配电开关柜中，产品高压带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于30mm的空气间隙。当采用可移动式的绝缘隔板时，只有当负荷开关（或接触器）在断开位置时才能合上接地开关，当接地开关合上后才能将绝缘隔板插入（或插入负荷开关动、静触头之间）；只有接地开关合上、绝缘隔板己插入到位后，柜门才能打开或关闭；只有当柜门关闭到位时，绝缘隔板才能抽出、接地开关才能分开；当绝缘隔板已抽出、接地开关分开后，负荷开关（或接触器）才能实现合闸操作。
1.3 导体截面
10kV配电开关柜的主回路、各单元以及各组件之间连接导体的
截面，应比额定电流有10％的裕度或截面大一个等级。10kV配电开关柜中主回路的最小截面（包括电压互感器、避雷器的连接导体），除应满足铭牌规定的额定电流值外，还应能满足铭牌规定的额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流和额定短路持续时间的要求并校核其机械强度。
采用限流熔断器的主回路，在熔断器与母线之间的连接导体，其承受峰值耐受电流、短时耐受电流和短路持续时间应能够满足10kV配电开关柜铭牌额定值的要求。
1.4 接地设计
为保证维修工作人员和设备的安全，需接近或供接近的回路中所有部件都应事先接地，这不包括从高压开关柜分开后能触及的可移开或抽出的部件。
沿所有10kV配电开关柜的整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。如果是铜质的，在接地故障时其电流密度规定不应超200A／mm2，但最小截面不得小于30mm2。该接地导体应设有与接地网相连的固定连接端子，并应有明显的接地标志。如果接地导体不是铜质的，也应满足相同峰值耐受电流及短时耐受电流的要求。
1.5 断路器、负荷开关及接触器
10kV配电开关柜内的断路器、负荷开关、接触器及其操动机构必须牢固地安装在支架上，支架不得因操作力的影响而变形；断路器、负荷开关、接触器操作时产生的振动不得影响柜上的仪表、继电器等设备的正常工作。10kV配电开关柜内的断路器、负荷开关、接触器的位置指示装置应明显，并能正确指示出它的分、合闸状态。断路器、负荷开关、接触器的安装位置应便于检修、检查、预防性试验和运行中的巡视。
1.6 互感器设计
10kV配电开关柜内互感器应固定牢靠，且应采取隔离措施， 当柜中其他高压电器组件运行异常时，互感器仍能正常工作。互感器安装的位置应便于运行中进行检查、巡视，且在主回路不带电时，便于人员进行预防性试验、检修及更换等。互感器的伏安特性、准确级额定负载均应能满足继电保护及仪表测量装置的要求。
电压互感器必须有防止铁磁谐振的措施，其高压侧应装有防止内部故障的高压熔断器，熔断器的开断电流应与10kV配电开关柜铭牌参数相匹配（包括采取限流措施后），且便于熔断后更换熔断件。
电流互感器的短时耐受电流及短路持续时间、峰值耐受电流均应满足10kV配电开关柜铭牌值的要求。
1.7 隔离开关和接地开关
10kV配电开关柜隔离开关或接地开关的分、合闸操作位置应明显可见。安装10kV配电开关柜中的接地开关，其关合短路电流的能力和短时耐受电流及短路持续时问均应满足10kV配电开关柜铭牌的要求。特别是通过短路电流时，接地开关不会由于产生的电动力作用而被意外地打开。
1.8 测量仪表、继电保护装置及辅助回路
测量仪表、继电保护装置及辅助回路中的低压熔断器、端子以及其他辅助元件与高压带电部分应保持足够的安全距离；否则应采取可靠的防护措施，以保证在高压带电部分不停电情况下工作时，人员不致触及运行的高压导电体。测量仪表及继电保护装置应有可靠的防振动措施，不会因为10kV配电开关柜中断路器、负荷开关、接触器等在正常操作及故障动作的振动而影响它的正常工作及性能。在端子排预留控制开关断合的端子，以便接入负荷控制器输出的控制信号线。 当测量仪表及继电器保护装置盘面以铰链固定于10kV配电开关柜上时，仪表、保护盘与盘外的二次连接导线应采用多股软铜绝缘线，端子排、接线板及固定螺丝均为铜质材料制成，标志应正确、完整、清楚、牢固。互感器二次接线及辅助回路的连接，必须采用截面不小于2.5mm2的铜导线；计量回路二次接线布线时必须采用截面不小于4mm2的铜导线且分相色，如果计量装置设置在用电客户，则必须采用计量专柜，并能加明锁；计量互感器必须送有资质的计量校验单位校验。布线时，应考虑避免其他组件故障对它的影响。
1.9 外壳及其支架的防锈涂料
10kV高压开关柜柜体应采用新型材料，若采用钢板时应喷塑或喷漆来防锈。喷塑或喷防锈涂料之前，须彻底清除锈蚀物及焊渣，然后按涂刷该涂料所规定的工艺和程序进行。l0kV高压开关柜内部的表面，应喷、涂反光差较大的浅色材料；其外部表面，则应喷、涂不刺目、不反光且美观的材料。
1.10 安全、防误要求
必须五防联锁可靠，避免误操作；设置泄压通道，在断路器室、母线室、电缆室的上方设置压力释放装置，当发生内部故障电弧时，该装置在电弧产生而引起内部气体压力升高时自动释放压力和排放气体。确保设备和人身安全。
2、常见10kV开关柜事故预防及处理
2.1 预防1OkV高压开关柜事故
预防10kV高压开关柜的事故必须做到以下几点：（1）新建、扩建和改造工程中，宜选用加强绝缘型金属封闭式高压开关柜，特别是发电厂和潮湿污秽地区必须选用加强绝缘型且母线室封闭的10kV开关柜；（2）10kV高压开关柜中的绝缘件（如绝缘子、套管、隔板和触头罩等）严禁采用酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有机绝缘材料，应采用阻燃性绝缘材料（如环氧或SMC材料）；（3）在10kV高压开关柜配电室配置通风防潮的设备，在多雨季节或需要时启动，防止凝露导致绝缘事故；（4）进行母线和柜间隔离是防止开关柜连烧的有效措施，另外，应加强柜内二次线的防护，二次线宜由阻燃型软管或金属软管包裹，防止二次线损伤；（5）对于老式的五防功能不完善的固定柜或手车柜，应完善其五防功能，避免和减少人身及设备事故。
2.2 预防10kV开关事故
（1）尽量选择真空断路器，室内少选六氟化硫断路器（防止泄露的六氟化硫有毒气体伤人），不用油断路器（防火，且正常开断8-10次就需检修；短路情况下，1-2次油色就发黑而需检修）。在高压电缆分支箱中，尽量少用一开关多回路的组合式开关，以避免一个回路部件损害造成多回路停电的事故。
（2）开关的额定电流、短路开断电流、短路热稳定电流、短路动稳定电流等急速参数必须完全满足相关计算数据。
（3）装设温湿度控制器及调节装置，以避免因负荷或设备备用而造成的过热、受潮带来的损害。室内高压配电柜其温湿度控制器及调节装置电源可来自站用电屏或变压器低压侧专用出线；户外高压电缆分支箱可加装容量为2-3只1kVA的电压互感器提供电源。
2.3 10kV开关柜绝缘事故处理措施
为减少10kV开关柜绝缘事故，可采取以下必要的措施：
（1）改善运行环境条件，对事故频发的潮湿和污秽地区，采取加热、通风、吸湿和定期清扫；（2）提高10kV断路器及开关柜的绝缘性能，对运行中的10kV开关柜和断路器加强绝缘增大爬距，柜与柜之间进行封堵，有条件的地区可以更换更大尺寸的开关柜。实践证明，采取上述技术措施是有效的，事故率可以得到初步的控制。
3、结语
开关柜是电力系统中的重要成套设备，其质量的优劣直接关系到电力系统的安全运行和供电可靠性。安全是电力生产的基础，预防是保证安全生产的关键。不断完善和改进防止人身触电事故和误操作事故的技术措施，是我们每一位电力企业职工应努力研究的目标。
【关键词】配电工程；10kV开关柜；设计原理
引言
随着我国多年来对电网的大力建设和新一轮农网、城网改造的推进，10kV开关柜在电力系统中得到广泛应用。虽然国内10kV开关柜技术已相当成熟，并逐步标准化，但对于不同厂家和项目，开关柜的设计也可能会不同。这就要求我们必须深刻理解并执行相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的典型设计要求，以避免给产品的安全运行带来隐患。
1、10kV配电开关柜的设计要点分析
高压开关柜是由高压断路器、负荷开关、接触器、高压熔断器、隔离开关、接地开关、互感器、站用变压器以及控制、测量、保护、调节装置，内部连接件、辅件、外壳和支持件等组成的成套配电装置。其内的空间以空气或复合绝缘材料作为介质，用作接受和分配电网的电能。高压开关柜可以分为：半封闭式高压开关柜、金属封闭式高压开关柜、金属铠装式高压开关柜、间隔式高压开关柜、箱式高压开关柜以及绝缘封闭式高压开关柜等。
1.1 外壳设计
10kV配电开关柜的外壳必须是金属的（除通风窗、排气口外），并具有一定的强度，不得用网状编织物、不耐火或类似的材料制造；金属封闭式高压开关柜主回路的一切组件均安装在金属外壳内，外壳的防护等级应满足下表（不含防水6级及以上）的规定。
一般10kV开关柜防外物能力为3或4级（主要防蛇、鼠等小动物进入），防水等级为1级，即IP31或IP41。
1.2 隔板设计
高压开关柜中各高压电器组件的隔板，一般是金属制成，与外壳具有相同的机械强度并接地；10kV配电开关柜中，产品高压带电裸导体与该绝缘板间应保持不小于30mm的空气间隙。当采用可移动式的绝缘隔板时，只有当负荷开关（或接触器）在断开位置时才能合上接地开关，当接地开关合上后才能将绝缘隔板插入（或插入负荷开关动、静触头之间）；只有接地开关合上、绝缘隔板己插入到位后，柜门才能打开或关闭；只有当柜门关闭到位时，绝缘隔板才能抽出、接地开关才能分开；当绝缘隔板已抽出、接地开关分开后，负荷开关（或接触器）才能实现合闸操作。
1.3 导体截面
10kV配电开关柜的主回路、各单元以及各组件之间连接导体的
截面，应比额定电流有10％的裕度或截面大一个等级。10kV配电开关柜中主回路的最小截面（包括电压互感器、避雷器的连接导体），除应满足铭牌规定的额定电流值外，还应能满足铭牌规定的额定峰值耐受电流、额定短时耐受电流和额定短路持续时间的要求并校核其机械强度。
采用限流熔断器的主回路，在熔断器与母线之间的连接导体，其承受峰值耐受电流、短时耐受电流和短路持续时间应能够满足10kV配电开关柜铭牌额定值的要求。
1.4 接地设计
为保证维修工作人员和设备的安全，需接近或供接近的回路中所有部件都应事先接地，这不包括从高压开关柜分开后能触及的可移开或抽出的部件。
沿所有10kV配电开关柜的整个长度延伸方向应设有专用的接地导体。如果是铜质的，在接地故障时其电流密度规定不应超200A／mm2，但最小截面不得小于30mm2。该接地导体应设有与接地网相连的固定连接端子，并应有明显的接地标志。如果接地导体不是铜质的，也应满足相同峰值耐受电流及短时耐受电流的要求。
1.5 断路器、负荷开关及接触器
10kV配电开关柜内的断路器、负荷开关、接触器及其操动机构必须牢固地安装在支架上，支架不得因操作力的影响而变形；断路器、负荷开关、接触器操作时产生的振动不得影响柜上的仪表、继电器等设备的正常工作。10kV配电开关柜内的断路器、负荷开关、接触器的位置指示装置应明显，并能正确指示出它的分、合闸状态。断路器、负荷开关、接触器的安装位置应便于检修、检查、预防性试验和运行中的巡视。
1.6 互感器设计
10kV配电开关柜内互感器应固定牢靠，且应采取隔离措施， 当柜中其他高压电器组件运行异常时，互感器仍能正常工作。互感器安装的位置应便于运行中进行检查、巡视，且在主回路不带电时，便于人员进行预防性试验、检修及更换等。互感器的伏安特性、准确级额定负载均应能满足继电保护及仪表测量装置的要求。
电压互感器必须有防止铁磁谐振的措施，其高压侧应装有防止内部故障的高压熔断器，熔断器的开断电流应与10kV配电开关柜铭牌参数相匹配（包括采取限流措施后），且便于熔断后更换熔断件。
电流互感器的短时耐受电流及短路持续时间、峰值耐受电流均应满足10kV配电开关柜铭牌值的要求。
1.7 隔离开关和接地开关
10kV配电开关柜隔离开关或接地开关的分、合闸操作位置应明显可见。安装10kV配电开关柜中的接地开关，其关合短路电流的能力和短时耐受电流及短路持续时问均应满足10kV配电开关柜铭牌的要求。特别是通过短路电流时，接地开关不会由于产生的电动力作用而被意外地打开。
1.8 测量仪表、继电保护装置及辅助回路
测量仪表、继电保护装置及辅助回路中的低压熔断器、端子以及其他辅助元件与高压带电部分应保持足够的安全距离；否则应采取可靠的防护措施，以保证在高压带电部分不停电情况下工作时，人员不致触及运行的高压导电体。测量仪表及继电保护装置应有可靠的防振动措施，不会因为10kV配电开关柜中断路器、负荷开关、接触器等在正常操作及故障动作的振动而影响它的正常工作及性能。在端子排预留控制开关断合的端子，以便接入负荷控制器输出的控制信号线。 当测量仪表及继电器保护装置盘面以铰链固定于10kV配电开关柜上时，仪表、保护盘与盘外的二次连接导线应采用多股软铜绝缘线，端子排、接线板及固定螺丝均为铜质材料制成，标志应正确、完整、清楚、牢固。互感器二次接线及辅助回路的连接，必须采用截面不小于2.5mm2的铜导线；计量回路二次接线布线时必须采用截面不小于4mm2的铜导线且分相色，如果计量装置设置在用电客户，则必须采用计量专柜，并能加明锁；计量互感器必须送有资质的计量校验单位校验。布线时，应考虑避免其他组件故障对它的影响。
1.9 外壳及其支架的防锈涂料
10kV高压开关柜柜体应采用新型材料，若采用钢板时应喷塑或喷漆来防锈。喷塑或喷防锈涂料之前，须彻底清除锈蚀物及焊渣，然后按涂刷该涂料所规定的工艺和程序进行。l0kV高压开关柜内部的表面，应喷、涂反光差较大的浅色材料；其外部表面，则应喷、涂不刺目、不反光且美观的材料。
1.10 安全、防误要求
必须五防联锁可靠，避免误操作；设置泄压通道，在断路器室、母线室、电缆室的上方设置压力释放装置，当发生内部故障电弧时，该装置在电弧产生而引起内部气体压力升高时自动释放压力和排放气体。确保设备和人身安全。
2、常见10kV开关柜事故预防及处理
2.1 预防1OkV高压开关柜事故
预防10kV高压开关柜的事故必须做到以下几点：（1）新建、扩建和改造工程中，宜选用加强绝缘型金属封闭式高压开关柜，特别是发电厂和潮湿污秽地区必须选用加强绝缘型且母线室封闭的10kV开关柜；（2）10kV高压开关柜中的绝缘件（如绝缘子、套管、隔板和触头罩等）严禁采用酚醛树脂、聚氯乙烯及聚碳酸脂等有机绝缘材料，应采用阻燃性绝缘材料（如环氧或SMC材料）；（3）在10kV高压开关柜配电室配置通风防潮的设备，在多雨季节或需要时启动，防止凝露导致绝缘事故；（4）进行母线和柜间隔离是防止开关柜连烧的有效措施，另外，应加强柜内二次线的防护，二次线宜由阻燃型软管或金属软管包裹，防止二次线损伤；（5）对于老式的五防功能不完善的固定柜或手车柜，应完善其五防功能，避免和减少人身及设备事故。
2.2 预防10kV开关事故
（1）尽量选择真空断路器，室内少选六氟化硫断路器（防止泄露的六氟化硫有毒气体伤人），不用油断路器（防火，且正常开断8-10次就需检修；短路情况下，1-2次油色就发黑而需检修）。在高压电缆分支箱中，尽量少用一开关多回路的组合式开关，以避免一个回路部件损害造成多回路停电的事故。
（2）开关的额定电流、短路开断电流、短路热稳定电流、短路动稳定电流等急速参数必须完全满足相关计算数据。
（3）装设温湿度控制器及调节装置，以避免因负荷或设备备用而造成的过热、受潮带来的损害。室内高压配电柜其温湿度控制器及调节装置电源可来自站用电屏或变压器低压侧专用出线；户外高压电缆分支箱可加装容量为2-3只1kVA的电压互感器提供电源。
2.3 10kV开关柜绝缘事故处理措施
为减少10kV开关柜绝缘事故，可采取以下必要的措施：
（1）改善运行环境条件，对事故频发的潮湿和污秽地区，采取加热、通风、吸湿和定期清扫；（2）提高10kV断路器及开关柜的绝缘性能，对运行中的10kV开关柜和断路器加强绝缘增大爬距，柜与柜之间进行封堵，有条件的地区可以更换更大尺寸的开关柜。实践证明，采取上述技术措施是有效的，事故率可以得到初步的控制。
3、结语
开关柜是电力系统中的重要成套设备，其质量的优劣直接关系到电力系统的安全运行和供电可靠性。安全是电力生产的基础，预防是保证安全生产的关键。不断完善和改进防止人身触电事故和误操作事故的技术措施，是我们每一位电力企业职工应努力研究的目标。