论文部分内容阅读
【摘 要】 10kv配电工程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，是我们每一位电力工作者应努力研究的目标。本文在对10kV高压开关柜设计中关键问题展开讨论的基础上，深入探讨和研究了10kV开关柜的设计
【关键词】 10kV;高压开关柜;设计
一、10kV开关柜设计中的关键问题
1.安全净距
对于10kV高压开关柜，必须保证所有裸露的带电元器件之间的安全净距，否则会引起短路。当海拔高度超过1000m时，需要对绝缘距离进行修正。当受到配电室空间狭小的限制必须缩小开关柜的尺寸面不能满足绝缘距离要求时，需采取措施解决绝缘问题，如采用SMC、DMC绝缘板和高压绝缘热缩材料。
2.五防连锁
10kV高压开关柜的五防连锁主要是指防止误分误合断路器、防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推拉、防止带电操合接地开关或挂接临时接地线、防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电和防止人误入带电间隔等功能。目前这一功能的实现是采用机械联锁方式，由机械零部件传动，一环扣一环，除非操作人员用外力将零部件损坏，否则只能按预定程序操作，可靠性高，但零部件结构复杂，对加工工艺要求较高。如GG-1A、XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSI均在机械联锁方面各具特色。此外，也可采用机械程序锁方式，这种方式结构非常简单，但由于存在万能钥匙，很难完全避免操作人员误操作，因此也无法在无人值守变电站中应用。
3.爬电距离
在GB/TSS82-1993《高压电力设备外绝缘污秽等级》和DL/TS39-1993《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》中，对10kV开关柜中各组件及其支持绝缘件（纯瓷及有机绝缘件）的外绝缘爬电止距（高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之止）要求为纯瓷绝缘18mm/kV、有机绝缘20mm/kV。这个要求是比较高的，很多常规的元器件往往满足不了，需要在元器件生产厂家定制，元器件生产厂家往往会采用不增加绝缘子高度而增多或增高裙边的方法，来生产符合要求的元器件。另外，还应注意开关柜使用场所的环境条件，为了防止发生凝露，需要在开关柜中加入带自动控制的加热器。
二、10kV开关柜中元器件的选取
1.开关柜主母线及分支母线
10kV开关柜主母线规格的选择标准就是必须满足母线额定电流的要求。一般来说，主母线规格或者母线所要满足的额定电流值在设计院提供的一次接线图中都会给出。此外，主母线规格或主母线所要满足的额定电流值也会在与用户签订的技术协议中体现。当进行10kV开关柜的设计时，一定要认真复核母线规格是否符合所要求的额定电流值，并留有一定的裕度。
一般情况下，进线柜、联络柜和分段柜的母线选择都要求与主母线一致。在特殊情况下可以改变其母线规格，但必须满足本柜额定电流的要求，如主母线规格为TMY-8x100，当进线柜断路器触头盒的接口尺寸只有14x85时，则分支母线的规格只能选用TMY-（6x80）*2规格。馈线柜分支母线规格的选择不仅与本柜电流互感器的变止有关，还与断路器的额定电流有关。
2.高压真空断路器
真空断路器主要起到2方面的作用：一是在正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流;二是当系统发生故障时，为防止事故扩大，通过与自动装置及保护装置的配合，迅速切断故障电流，从而保证电力系统的安全运行。因此，短路开断能力和系统故障时的接通能力是断路器的重要参数。弹簧操作机构是现在的大多数真空断路器所采用的动作机构，其跳闸时间一般在40ms左右，合闸时间一般在60ms左右。此外，在断路器的二次回路中加入了防跳继电器，可使其具有“防跳”功能。
3.电流互感器
为了确保人身和二次设备的安全，保证当一、二次绕组间因绝缘破坏面被高压击穿时，能够将高压引入大地，使二次绕组保持低电位，高压电流互感器的二次绕组应有一点接地。但需要注意的是，电流互感器二次回路的接地点应在端子K2处，只允许一点接地而不能再有接地点。电流互感器的形式有支柱式、母线式、贯穿式，当连接母线和布置元件时，应先选择电流互感器形式以便合理运用。
4.电压互感器
由于在运行过程中，电压互感器一次绕组处于高压，面二次绕组为固定的低电压，一旦一、二次绕组之间的绝缘被击穿，二次绕组上将自接被施加一次侧的高压，面工作人员又要经常接触二次绕组所接的仪表和继电保护装置，这些装置的绝缘水平普遍较低，这样不仅会造成二次设备的损坏，更会自接威胁到工作人员的人身安全。因此，为了保护人身和设备的安全，电压互感器的二次回路必须接地。此外，二次短路在电压互感器运行过程中也是不允许的。在正常运行过程中，电压互感器本身所通过的电流很不，这是由于电压互感器二次负载主要是仪表和继电器的电压线圈，其阻抗均很大，基本上相当于变压器的空载状态;再加上一般的电压互感器容量均不大，绕组导线很细，漏抗也很不，如果二次侧发生短路，短路电流很大，就极易烧坏电压互感器。因此，一般将熔断器装设在电压互感器的二次回路中进行保护。电压互感器的接线方式有“一”字形接法、V/V接法、Y/Y接法、Y/Y及开口三角形接法等，在10kV开关柜设计过程中应根据实际需要来选取合适的电压互感器。
三、常见10kV开关柜事故预防及处理
1.预防10kV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;②10kV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.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的电压互感器提供電源。
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。
四、结语
安全是电力生产的重中之重，预防则是保证安全生产的关键。作为电力系统中重要的成套设备，10kV高压开关柜能否在高效经济的条件下运行，将对供配电网的供电电能质量造成最直接的影响。新技术、新材料的不断应用也无形中加深了10kV高压开关柜的设计难度。因此，开关柜设计工作者需要多总结经验，依靠科学的设计手段，重视产品结构设计以及精细化制造，不断提高效率和效益，只有这样才能制造出优质的高压开关柜。
参考文献：
[1]邱耿华.10kV配电开关柜设计原理及事故预防[J]..机电信息，2011（21）
[2]任海波，单晖，李迎春.10kV及35kV开关柜设计[J].电工技术，2011（12）
[3]李不松.浅谈10kV高压开关柜设计的几点体会[J]..电器开关，2003（5）
【关键词】 10kV;高压开关柜;设计
一、10kV开关柜设计中的关键问题
1.安全净距
对于10kV高压开关柜，必须保证所有裸露的带电元器件之间的安全净距，否则会引起短路。当海拔高度超过1000m时，需要对绝缘距离进行修正。当受到配电室空间狭小的限制必须缩小开关柜的尺寸面不能满足绝缘距离要求时，需采取措施解决绝缘问题，如采用SMC、DMC绝缘板和高压绝缘热缩材料。
2.五防连锁
10kV高压开关柜的五防连锁主要是指防止误分误合断路器、防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推拉、防止带电操合接地开关或挂接临时接地线、防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电和防止人误入带电间隔等功能。目前这一功能的实现是采用机械联锁方式，由机械零部件传动，一环扣一环，除非操作人员用外力将零部件损坏，否则只能按预定程序操作，可靠性高，但零部件结构复杂，对加工工艺要求较高。如GG-1A、XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSI均在机械联锁方面各具特色。此外，也可采用机械程序锁方式，这种方式结构非常简单，但由于存在万能钥匙，很难完全避免操作人员误操作，因此也无法在无人值守变电站中应用。
3.爬电距离
在GB/TSS82-1993《高压电力设备外绝缘污秽等级》和DL/TS39-1993《户内交流高压开关柜和元部件凝露及污秽试验技术条件》中，对10kV开关柜中各组件及其支持绝缘件（纯瓷及有机绝缘件）的外绝缘爬电止距（高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之止）要求为纯瓷绝缘18mm/kV、有机绝缘20mm/kV。这个要求是比较高的，很多常规的元器件往往满足不了，需要在元器件生产厂家定制，元器件生产厂家往往会采用不增加绝缘子高度而增多或增高裙边的方法，来生产符合要求的元器件。另外，还应注意开关柜使用场所的环境条件，为了防止发生凝露，需要在开关柜中加入带自动控制的加热器。
二、10kV开关柜中元器件的选取
1.开关柜主母线及分支母线
10kV开关柜主母线规格的选择标准就是必须满足母线额定电流的要求。一般来说，主母线规格或者母线所要满足的额定电流值在设计院提供的一次接线图中都会给出。此外，主母线规格或主母线所要满足的额定电流值也会在与用户签订的技术协议中体现。当进行10kV开关柜的设计时，一定要认真复核母线规格是否符合所要求的额定电流值，并留有一定的裕度。
一般情况下，进线柜、联络柜和分段柜的母线选择都要求与主母线一致。在特殊情况下可以改变其母线规格，但必须满足本柜额定电流的要求，如主母线规格为TMY-8x100，当进线柜断路器触头盒的接口尺寸只有14x85时，则分支母线的规格只能选用TMY-（6x80）*2规格。馈线柜分支母线规格的选择不仅与本柜电流互感器的变止有关，还与断路器的额定电流有关。
2.高压真空断路器
真空断路器主要起到2方面的作用：一是在正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流;二是当系统发生故障时，为防止事故扩大，通过与自动装置及保护装置的配合，迅速切断故障电流，从而保证电力系统的安全运行。因此，短路开断能力和系统故障时的接通能力是断路器的重要参数。弹簧操作机构是现在的大多数真空断路器所采用的动作机构，其跳闸时间一般在40ms左右，合闸时间一般在60ms左右。此外，在断路器的二次回路中加入了防跳继电器，可使其具有“防跳”功能。
3.电流互感器
为了确保人身和二次设备的安全，保证当一、二次绕组间因绝缘破坏面被高压击穿时，能够将高压引入大地，使二次绕组保持低电位，高压电流互感器的二次绕组应有一点接地。但需要注意的是，电流互感器二次回路的接地点应在端子K2处，只允许一点接地而不能再有接地点。电流互感器的形式有支柱式、母线式、贯穿式，当连接母线和布置元件时，应先选择电流互感器形式以便合理运用。
4.电压互感器
由于在运行过程中，电压互感器一次绕组处于高压，面二次绕组为固定的低电压，一旦一、二次绕组之间的绝缘被击穿，二次绕组上将自接被施加一次侧的高压，面工作人员又要经常接触二次绕组所接的仪表和继电保护装置，这些装置的绝缘水平普遍较低，这样不仅会造成二次设备的损坏，更会自接威胁到工作人员的人身安全。因此，为了保护人身和设备的安全，电压互感器的二次回路必须接地。此外，二次短路在电压互感器运行过程中也是不允许的。在正常运行过程中，电压互感器本身所通过的电流很不，这是由于电压互感器二次负载主要是仪表和继电器的电压线圈，其阻抗均很大，基本上相当于变压器的空载状态;再加上一般的电压互感器容量均不大，绕组导线很细，漏抗也很不，如果二次侧发生短路，短路电流很大，就极易烧坏电压互感器。因此，一般将熔断器装设在电压互感器的二次回路中进行保护。电压互感器的接线方式有“一”字形接法、V/V接法、Y/Y接法、Y/Y及开口三角形接法等，在10kV开关柜设计过程中应根据实际需要来选取合适的电压互感器。
三、常见10kV开关柜事故预防及处理
1.预防10kV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;②10kV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.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的电压互感器提供電源。
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。
四、结语
安全是电力生产的重中之重，预防则是保证安全生产的关键。作为电力系统中重要的成套设备，10kV高压开关柜能否在高效经济的条件下运行，将对供配电网的供电电能质量造成最直接的影响。新技术、新材料的不断应用也无形中加深了10kV高压开关柜的设计难度。因此，开关柜设计工作者需要多总结经验，依靠科学的设计手段，重视产品结构设计以及精细化制造，不断提高效率和效益，只有这样才能制造出优质的高压开关柜。
参考文献：
[1]邱耿华.10kV配电开关柜设计原理及事故预防[J]..机电信息，2011（21）
[2]任海波，单晖，李迎春.10kV及35kV开关柜设计[J].电工技术，2011（12）
[3]李不松.浅谈10kV高压开关柜设计的几点体会[J]..电器开关，2003（5）