浅谈10kV高压开关柜的设计

张应鑫

（广东金颖电气设备有限公司，广东 汕头 515041）

电力设备是供电能够顺利进入到千家万户进行使用的基本条件。10kV高压开关柜又是整个配电系统中必不可少的电气设备，开关柜的可靠性直接影响着配电系统的正常运行和供电质量。我们必须对高压开关柜的优化设计以及应用进行系统且全面的研究，在不断的实践之中积累经验，善于发现现有高压开关设备设计中存在的不足并加以改进。

1 高压开关设备的主要组成

10kV高压开关柜设备主要适用于发电厂、换流站、变电站、石油化工、冶金轧钢、轻工纺织、厂矿企业、地铁高铁和住宅小区、商务会展中心等各种不同场所。

10kV高压开关柜设备是以真空断路器为主电气元件，是指成套的生产厂家根据设计院的电气一次主接线图的要求，将有关的高低压电器设备一二次器件（包括真空断路器、接地开关、避雷器、触头罩、互感器、微型断路器、转换开关、指示灯、微机综合保护装置、测量仪表，温湿度控制器、带电显示装置等）以及主、分支铜母线、联锁操作机构、绝缘子等设备装配在封闭式金属铠装开关柜柜体内，作为系统中受电和配电的装置。开关柜各项技术性能指标符合IEC298和GB3906标准要求。

（1）断路器：从最初体积庞大、需频繁维护的抽出式空气绝缘断路器，到体积小、存在安全隐患的油断路器，发展到安全可靠的六氟化硫和真空断路器；真空断路器极柱从真空泡裸露到组装式极柱，再到环氧浇注固封式极柱；断路器的操动机构从复杂装配机构到模块化机构，再到永磁机构；各项技术都得到了极大的发展。KYN28-12金属铠装移开式开关柜可配用VD4（ABB）、HVX12 或 EV12（施耐德）、3AE1（西门子）、VS1（森源）、CV2-12（常熟）等厂家的真空断路器设备。

（2）开关柜结构设计：就当前KYN28-12金属铠装移开式开关柜设备的结构来看，柜体主要包括5个部分，即含仪表室、电缆室、手车室、电缆室，母线室和柜顶小母线室，柜顶设有二个泄压通道，这几个间隔小室结构之间既彼此联系，又相互独立。每一个小室构成部分都具备各自的功能。柜体主要采用厚度2mm敷铝锌板板材经数控机床加工后铆接而成，柜体结构先进、紧凑、合理、安全可靠、性能优越。

（3）传感器和保护继电器技术：传感器和保护继电器是紧密相连，技术同步演进。传感器如“眼睛”，将电流图像传送给“大脑”保护继电器，后者分析图像以确定信号为正常或故障。从机电式设计的老式保护继电器到如今新型数字继电器只需要低功率电流互感器（LPCT）提供信号。低功耗传感器和数字电表有效提升控制和监控能力：紧凑型低功率电子式电流互感器（LPCT）和低功率电子式电压互感器（LPVT）可取代传统的大型CT和VT。

2 10kV高压开关柜的设计要点

（1）绝缘间距。电力系统是供电部门的核心系统，在高压开关柜电气设计时，需要对交流电进行分配，需要保证绝缘距离的准确性，否则在运行的过程中就会出现弧光放电及短路问题，严重的还会直接导致供电系统的崩溃。安全净距在电力标准有明确规定，一般情况下，以海拔1000米的高度作为分界点，在1000米及以下的时候，10kV等级的开关柜设备确保一次元件相对地及相对相间之间的安全净距不能少于125mm；对于高海拔地区因空气压力、密度、绝对湿度和温度等方面的改变对高压开关柜的影响，应加大爬电距离、增加绝缘距离、改进母排形状防止尖端放电，具体10kV等级相对地，及相和相间的绝缘距离，则需严格按照GB3906相关标准适当修正绝缘距离。

（2）爬电距离。电力系统是电力部门的核心系统，在实际应用中，高压开关柜设备中各种组件及其支撑绝缘件（纯瓷绝缘件和有机绝缘件）的外绝缘爬电比距有明确的规定，根据绝缘污秽等级通常要求在Ⅱ级污秽对于纯瓷爬电比距为18mm/kV，对于有机绝缘要求爬电比距在20mm/kV以上。为了满足以上技术要求，我们所采取的方法是要求配套生产厂家增加绝缘子的伞群，若高压开关柜的室内运行环境比较潮湿，可将带温控装置加热器装在高压开关柜电缆室、断路器室中，以防出现凝露现象。

（3）开关柜五防联锁。为了保证电力网的安全运行，开关柜需设有完善的联锁结构，以保证操作合理可靠及操作人员的人身安全，防止操作人员误操作。国家标准对高压开关设备“五防”闭锁设计有着明确的要求。即我们在设计制造开关柜设备时，必须遵守以下设计原则：①高压开关柜内只有当手车锁定在试验位置或工作位置时，手车上的电气闭锁回路才能接通，同时手车底盘车内阻止断路器合闸的联锁机构才能解锁，断路器才能合闸。当手车推在中间位置时，断路器的电气合闸闭锁回路和合闸机械传动机构均被闭锁，断路器不能合闸。（防止带负荷合闸）。②高压开关柜内接地开关在合闸状态时，接地开关操作轴上的联锁机构将阻挡手车移动，阻挡手车不能向工作位置推进。（防止带接地线合闸）。③高压开关柜内的断路器在工作位置并处于合闸状态时，柜体前门后门应该用接地开关上的机械联锁构件或闭锁电磁铁与柜门闭锁。（防止误入带电间隔）。④在进行高压开关柜设计时，只有当断路器手车处于试验位置或移开位置时，手车上阻档接地开关关合的联锁机构才能解锁，这时开关柜设备的接地开关才能进行合闸。（防止带电合接地线）。⑤高压开关柜内的断路器手车在工作位并处于合闸状态时，手车底盘车内阻止手车移动的机构闭锁，无法从工作位置推出手车。（防止带负荷拉刀闸）

（4）防护等级。高压开关柜属于高压带电设备，为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分，在开关柜设计时，我们必须考虑高压柜体防护等级的要求。虽然开关柜设计时，我们可以设计更高的等级，但随着等级的提高，在进行设备生产的过程中，费用也会相应提高，同时散热的各项条件也会随之变差，所以不能单独追求高的防护等级。防护等级一般以外壳为IP4X，手车室门打开时为IP2X为宜。

（5）合理进行接地设计。在高压开关柜电气设计中，接地设计是重要组成部分。高压开关柜中的电器元件均带电的，要求电气元件需安全可靠接地，确保在检修设备时检修人员人身安全。接地系统设计时需设计专用接地母排，并连接到地网。

3 结 语

综上所述，随着国民经济及科技的快速发展，国民对电力稳定性及可靠性要求愈来愈高，10kV高压开关柜作为输配电系统中最重要的控制和保护设备，对其进行电气设计和结构设计时，应该不断进行完善，相关设计部门应该高度重视这项设计内容。严格执行10kV高压开关柜的设计规范，确保开关柜的电气及结构设计能够满足市场需求，真正提高产品的性能，更好的将产品的功能作用充分发挥出来，最终实现对系统的优化与完善，确保配电系统的安全稳定运行，促进我国电力事业的健康发展。