10kV高压开关柜设计注意要点

瞿鹏程

江苏东源电器集团股份有限公司

10kV高压开关柜设计注意要点

瞿鹏程

江苏东源电器集团股份有限公司

随着社会的发展，供电质量要求日益提高，作为供配电系统中的重要环节，开关柜设计的安全性、经济性和可靠性越来越为人们所重视。目前10kV高压开关柜设计问题越来越受到重视，因此在实际应用中需要从多个方面进行设计，熟悉掌握电力技术相关标准，逐步提高设计水平。

10kV；高压开关柜；设计

1、10kV高压开关柜现状

高压开关柜主要有固定式、中置式。近年，通过分析变电站内10kV高压开关柜运行中发生的各类故障，总结出影响其可靠性的主要问题。(1)开关柜存量大、问题多，平均运行15年左右，故障率较高。(2)小型化开关柜空间紧缩，分支排间、分支排对地间绝缘净距严重不足，受潮湿、灰尘等影响，多发生绝缘降低、局放超标等缺陷。(3)高压室由于存在通风除潮设备配置不足或使用效果不佳，电缆孔洞封堵不完善等问题，因此多发生绝缘设备受潮、小动物进入等严重事故。(4)部分单位存在不符合《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》情况，如开关柜内接线隐患，“五防”、泄压通道不满足要求等。(5)开关柜技术门槛低，生产厂家多，产品质量良莠不齐。

2、10kV高压开关柜设计注意要点

2.1 安全净距

绝缘安全距离是高压开关柜设计中必须注意的重点，目前绝缘安全距离包括两个方面，一方面开关柜中三相带电导体之间要不小于相关规定的安全距离，同时带电导体与其他金属安装板之间也应满足一定的安全距离要求，另一方面带电三相导体对地也应保证一定的绝缘安全距离；只有保证了以上两方面绝缘距离的要求，才可以保证电路不出现因高压放电带来的短路问题；根据目前电力标准和国网十八项反措要求规定，单纯以空气作为绝缘介质的金属封闭开关柜或控制设备，且开关设备或控制设备应用在海拔为1000米以下的情况，三相之间以及相对地之间最小的空气绝缘距离为不小于125mm，同时带电体到门最小间距应不小于155mm，如果开关设备或控制设备应用于高海拔(即大于1000米)地区时，绝缘安全距离要根据相关标准进行加以修正系数；在实际的工程应用中，会经常出现由于放置开关柜设备建设厂地面积的限制，需要将部分开关柜的尺寸减小，由此将导致开关柜内的绝缘安全距离不够，为了解决此种问题，设计中经常采用以空气和绝缘板组成的复合绝缘作为绝缘介质方式进行，但此种复合绝缘要求绝缘隔板到带电体之间的最小空气间隙不小于30mm，而绝缘隔板由于受到周围空气湿度的影响，如果空气湿度较大，会出现隔板带有凝露现象，进而导致绝缘隔板与带电导体之间产生放电现象，为了避免此现象发生一般在开关柜内设计放置加热器或者驱潮器来控制内部潮湿度，同时绝缘隔板随着使用时间的加长，隔板会出现老化问题，隔板的强度和绝缘性会下降，因此需进行定期的巡检和保养，所以建议复合绝缘在条件允许的情况下最好不选用。

2.2 爬电距离

由于电力系统用户往往追求高可靠性，实践中我们要符合以下条件：高压开关柜中各组件及其支持绝缘件(纯瓷及有机绝缘件)的外绝缘爬电比距(高压电器组件外绝缘的爬电距离与额定电压之比)对于纯瓷绝缘为18mm/kV，对于有机绝缘为20mm/kV。由于这一要求比较高，很多常规的元器件往往满足不了要求，这就要求我们告知元器件生产厂家加以定制。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。我们在选型时要注意裙边的高度与裙距比例不能太悬殊，另外，我们还应注意开关柜使用场所的环境条件，为了防止发生凝露，我们可以在开关柜中加入带自动控制的加热器。

2.3 五防连锁

我们应该采取一些实际的行动来预防事故，我们可以在设计开关柜时加入一些强制性的连锁装置或在醒目的地方采取提示措施。

1)防止误分现象的发生，变电站通常有两种形式，一种是有人值守的变电站，一种是无人值守的变电站，为了更好的区分二者，我们可以通过不同的编号和不同颜色的标记来实现其判断的过程，比如我们比较常见的红绿翻盘，每一个断路器在运行的过程中都可能会出现这样的牌子。而如果是无人值守的变电站，因为断路器在操作的过程中都是以远程的方式来实现的，这样就不能采用翻牌的方式，所以在无人值守变电站当中会加入一个人覅是你我连锁装置，这样就可以有效的避免因为操作失误而出现的各种问题。2)防止带电负荷的失控引起的事故。主要有带电负荷对上下的隔离开关的影响和带电负荷对断路器手车的影响。解决这一事故常用到的方法是用机械连锁进行强制性的连锁，因为隔离开关和手动车断路器之间不能够分断和关合正常负荷电流。一旦操作失误，隔离开关和断路器手车都会被烧毁，如果控制不好，事故可能扩大。3)防止带电操作时和上了接地开关或是将临时地线接通。解决这一问题需要采取机械连锁的方法，因为这些地方极易因人的误操作而引起事故。4)防止临时接地线或接地开关的接通，使得在合闸时送电。解决这一问题需要采取机械连锁的方法，因为这些地方极易因人的误操作而引起事故。

2.4 防护等级

防护等级也是10kV高压开关柜结构设计时需要着重考虑的一项问题，防护等级只有满足一定需求，才能够起到一定的保护作用。在具体设计过程中，随着防护等级的提高，相应的费用也会增加，散热条件也会随之变差。所以，为了确保开关柜整体结构设计满足需求，在对防护等级进行设计的时候，必须综合考虑上述几个方面的因素。

2.5 动稳定

在电力系统中，开关柜通常要能承受20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的额定短路开断电流，当开关柜中通过如此大的电流时，相间及同相母线之间会产生很大的电动力。这时，我们需借助支撑绝缘子的支撑，使母线不会产生明显位移。一般而言，两个绝缘子之间的距离不应超过800毫米，对于某些薄弱环节还应给予加强。由于动稳定的理论计算极其复杂，一般设计时需依靠设计者的经验，最终需通过型式试验加以检验。

2.6 温升

电力系统中开关柜通常要能承受4000A及以下的正常工作电流，由于一次元器件通常处于密封的柜内运行，他们产生的热量很难散发到柜外，所以导致柜内温度升高。若温度超过以下极限值，便会烧毁元器件，酿成事故。(表1)

表1

为了达到温升的限制条件，我们必须加强制造工艺。虽然我们可以采取在电气联接面上涂凡士林、导电膏、镀锡、镀银等种种措施，但最终的保证在于制造。可以说，运行中发生事故的绝大多数开关柜都是由于制造工艺不过关，从而导致温升过高引发的。当然，在结构设计中，我们要极力避免涡流现象的发生，实在无法避免时，建议采用磁阻率高的材料。

[1]代佳佳，苗红霞.基于有限元方法高压开关柜电场的优化设计[J].机械制造与自动化，2015，44(02)：172-176.

[2]梁文滨.刍议高压开关柜的设计与应用[J].中国新技术新产品，2014，(22)：55-56.