一种新型开关柜在煤矿中的应用

王德强 邓新春 孙晓通

（兖州煤业股份有限公司东滩煤矿，山东 邹城 273500）

1 引言

东滩煤矿35kV变电所现有4路35kV级供电线路，一是引自罗厂区域变电所2回LGJ-3×240mm2架空线路供电，正常时一路运行，一路热备；二是由东滩电厂1#、2#联络线（YJV-26/35kV,3×300）经本变电所35kV母线并网发电的2回线路。35kV变电所另有1路35kV级馈电线路供西关变电所，也可作为矿井的应急电源。35kV母线为单母线分段供电方式，采用LGJ-3×400/35mm2裸导线。35kV配电设备现为屋外式布置。

东滩煤矿35kV变电所现已投入运行20多年，所起的作用也随着电厂的投入运行，不仅仅是矿井终端变电所，而且也具有区域变电所的功能，煤矿的生产能力已得到很大的提高，是兖矿集团的主要生产矿井之一，随着生产水平的不断延伸，生产需要的电力负荷和输电距离都有较大的增加，供电质量的要求也越来越高，现有35kV级输变电设施已不足以满足现有生产要求，存在影响正常生产的安全隐患，主要体现在以下几个方面：

（1）本变电所35kV进线肩负输入、输出调节电能的功能，35kV母线起到协调、平衡电能的作用，现有的线路保护已不能满足该功能的保护要求，作为大型矿井一、二级负荷供电的主变电所，快切、长距离配电线路保护等设施均不完善。

（2）现有35kV配电设施均为室外布置，长期受日晒、雨淋、温度变化等影响，设备老化现象较为严重，绝缘强度降低，日常维护量增大，生产安全存在较大的隐患。

针对上述问题，东滩煤矿采用西门子新型的8DA10六氟化硫充气柜及相关辅助设施完成了东滩煤矿35kV级供电系统改造。

2 主线路方案

（1）东滩煤矿6kV配电室北侧有一配电室，配电室长为16800mm，深为4800mm，根据相关规程规范的要求，其深度只能满足小于2000mm的固定式开关柜型，普通空气开关柜是无法满足要求的。选择新建配电室造价较高，且建设工期较长。故综合考虑经济性和建设周期，东滩煤矿选择了新型的西门子8DA10六氟化硫充气柜，其优点是由于使用了绝缘性能优异的SF6气体，大大缩小了柜体的外形尺寸，与空气绝缘相比，SF6充气柜安装面积为其26%，体积为其27%，柜体宽仅为600mm，深仅为1800mm，可以利用现有的配电室，不需要建设新的35kV配电室，建设工期相比要短，能够充分利用现有2回路电厂线的现有电力电缆，35kV配电设备室与6kV配电设备室相邻，管理维护较为方便。且六氟化硫充气柜是将所有的高压原件诸如母线、断路器、隔离开关等封闭在充有低压力SF6气体的不锈钢壳体内的成套设备。其突出特点是不受外界环境（如凝露、污秽、小动物等）的影响，安全，可靠性高，操作简单，免维护等，大大减少了维修和检修工作量。

（2）根据煤矿一、二级用电负荷比较多，以及整个矿井用电负荷较大的特点，东滩煤矿35kV主接线系统采用单母线分三段，这样可以在检修其中一段母线及连接设备时做到同时投运两台变压器，做到不影响矿井生产；同时在新型开关来电侧设置了5套隔离刀闸，既方便了本所小范围的检修，又降低了上级电网安全风险和操作量。主接线详见图1。共需12面配电柜，其中4面高压进线柜，4面出线柜，分别为3面主变压器出线柜，1面铁东线出线柜，隔离柜、联络柜各2面，PT柜插接到2段母线，不占用配电室的安装位置。现场实物图见图2。

图1 电气主接线图

图2 现场布置图

3 8DA10六氟化硫充气柜结构及特点

8DA10型开关柜为单母线三极开关柜，其结构大致可分为：高压断路器柜、高压断路器、三位置隔离开关、电流互感器、电压互感器、气室。

3.1 高压断路器柜

高压断路器柜是西门子8DA系列六氟化硫充气柜基本柜型，分进线柜和馈出柜，柜型如图3所示。

图3 高压断路器柜结构

3.2 真空断路器

真空断路器是开关柜不可分割的一部分，它由以下部件组成：带储能弹簧结构和控制部件的操作结构（3AH49）、用于触头操作的变速杆、3个带真空灭弧室的开关柜极柱。如图4所示。

图4 真空断路器

断路器和三位置隔离开关以机械方式进行联锁。机械联锁可防止在三位置隔离开关没有处于确定的末端位置（合闸/分闸）时断路器被合闸。而且，机械联锁还可防止在断路器合闸后三位置隔离开关被操作。

3.3 三位置隔离开关

三位置隔离开关组合了隔离开关和接地开关的功能，它仅为无电流操作而设计。示意图如下。

3.4 电流互感器和电压互感器

电流互感器设计为环形铁心，电流互感器环形铁心作为二次绕组的载体，主电路相当于一次绕组，由于柜体具有单极设计，因此布置在一次外壳（开关柜外壳）的外面，没有承受介电压力的铸塑树脂部件。一般安装在母线、断路器外壳、柜体联结处、电缆上。电压互感器为单极绝缘、金属封闭，一般插接在母线上或柜体联结处，可通过三位置开关进行隔离。

图5 隔离开关

4 8DA10六氟化硫充气柜的优缺点

通过近一年的使用和维护，分析比较得出该柜型优缺点。

其优点如下：（1）主母排采用螺栓连接，连接可靠，主母线绝缘裕度大，对基础要求及柜体要求低，杜绝母排因接触电阻不均匀造成的过热。（2）母线PT可顶插，为利于母线侧PT的检修，装有隔离/接地的三工位开关，便于维护并可防止谐振。（3）采用了低压穿芯式电流互感器，无需承受动热稳定电流，电流互感器位于气室外部，易于观察和维护，电缆头部分在电流互感器的保护范围之内，这样可保证继电保护的选择性，不会引起越级跳闸，电流互感器有多个位置可以安装。（4）当一个排列中任何一台开关柜发生故障时，将发生故障的开关柜很容易的抽出，无需移动其两侧的开关柜。（5）断路器与三工位开关有完善可靠的纯机械联锁，可靠性远高于电气联锁；三工位开关的手动操作非常方便，隔离开关及接地开关有不同的操作孔，联锁可靠；断路器分合位置与弹簧储能均为机械指示，位于开关柜前面板，易于观察；三工位开关为机械指示，机械指示反映三工位开关实际物理位置。（6）采用110kV以上GIS技术，外壳为筒形，电场分布好。采用全铸造技术的铝合金外壳，耐腐蚀、重量轻、电性能优越且无涡流，比用板材焊接结构的开关柜在电场分布和机械性能方面更加优越。（7）三相母线以及母线联接件安装在三个单独的母线室内，以杜绝柜内发生三相短路的可能性。（8）电缆工具、电缆头采用德国KP进口产品，可靠性高；带电显示器等采用进口产品。

其缺点如下：（1）主母线连接后需要现场进行充气；（2）开关柜密封点较多,不是模块化组装,气体柜意味着泄漏点可能增加；（3）更换故障开关柜后主母线室需要重新充SF6气体，不能迅速恢复运行；（4）电缆做耐压及泄漏试验时需要将电缆头拔下方可试验，不方便试验。

5 结束语

截至目前，东滩煤矿35kV变电所为济宁市唯一一家，也是山东省煤炭行业唯一一家35kV及以上供电系统使用六氟化硫充气柜的变电所。使用该新型设备后，整个供电可靠性及智能化水平有了大幅度提高。