KYN61-40.5型開關設備工程設計選型問題探討

孫鵬程，王幫田，李海峰

(許繼集團有限公司，河南 許昌 461000)

1 引言

KYN61-40.5鎧裝移開式交流金屬封閉開關設備是我國為適應電力系統越來越高的要求自行設計的，以取代原JYN-40.5、GBC-40.5等老產品的新型開關柜。該產品的特點是用敷鋁鋅板經數控鈑金加工，雙折彎成型后，用螺栓連接而成，并有較為完善的“五防系統”，已成為目前國內40.5kV電壓等級主選開關柜型號。但隨著運行時間的增長，其暴露的問題也非常多，主要表現在絕緣件的絕緣性能、手車的互換性、機械連鎖等方面，探討通過正確選擇開關柜形式及柜內主要元器件來解決上述諸多問題。

2 開關柜外形尺寸選擇

目前國內KYN61-40.5型開關柜外形尺寸非常多，主要有:寬×深×高=1200×2600×2400(mm);寬×深×高=1400×2800×2600(mm);寬×深×高=1680×3000×2600(mm)等。選擇合適的外形尺寸對開關柜日后是否能夠安全穩定運行非常重要，若尺寸選的太小，對產品絕緣就提出了更高的要求，主要表現在套管、觸頭盒，母線表面絕緣處理等方面;若尺寸選擇太大，對產品制造又提出了更高的要求，主要表現在手車互換性、連鎖可靠性、柜體強度等方面。本人觀點:優先選用1400mm寬的開關柜，這樣即可有較好的絕緣性能，又不至于影響手車互換性、連鎖可靠性。對于特殊使用場所，比如高海拔地區、污穢嚴重地區可以考慮選用1680mm寬開關柜。高度方面尺寸選擇也比較重要，因為柜體若選擇太高，其柜體精度及強度不好保證，同時影響開關柜操作方便性(因為開關柜儀表室一般設置在柜體的前上方);若選擇太低，會導致主母線室及電纜室空間比較小，影響開關柜絕緣性能，尤其是主母線室。基于上述考慮，可以采用不等高柜，即儀表室、手車室及電纜室選用2600mm高，而主母線室選用2800mm高(只是在2600mm高的柜體框架上增加一塊200mm高的封板，可方便拆卸，不會增加配電房高度)，這樣即不會影響柜體精度、強度及操作方便性，又能保證較大空間的主母線室。而開關柜深度尺寸選擇相對比較容易:若配電房條件允許，深度以3000mm為最佳，這樣即可保證充裕的電纜室空間(同時提高絕緣性能)，給日常調試、維護帶來方便，又可以使開關柜適用更多的系統方案。

3 開關柜手車室布置方式

目前國內KYN61-40.5型開關柜手車布置方式主要有落地式和中置式兩種。本人觀點:優先選用落地式結構。因為40.5kV的手車重量較大，若采用中置式方案，手車在開關柜內會有非常嚴重的下沉現象，導致連鎖功能不可靠，尤其嚴重的是動靜觸頭齒合不正，接觸電阻大，容易產生局部過熱，給開關設備安全運行帶來極大的隱患，同時手車轉移非常不方便(因手車太重)。而落地式則不會有上述現象，因為手車放置在柜體底部，而柜體的底部是直接安裝在基礎槽鋼上;同時手車轉移也比較方便。

4 開關柜方案選擇

因KYN61-40.5型開關柜本身就是一種小型化開關柜，柜內采用的是復合絕緣結構。部分用戶為了節約投資，把本該由兩面或三面開關柜實現的功能設計成由一面開關柜來完成，這就導致這一面開關柜元件非常多，元件的安裝、調試及維護非常困難，同時其絕緣性能根本無法保證，給日后的安全穩定運行帶來隱患。所以在選擇開關柜方案時，盡量選用標準方案，不建議選用非標方案。圖1是典型電纜進出線柜的總裝示意圖。

圖1

5 斷路器手車選擇

目前國內KYN61-40.5型開關柜配置的斷路器手車以ZN85-40.5為主，而ZN85-40.5手車的一次導電回路與操動機構為上下布置的方式，而此布置方式的斷路器手車有很大的缺陷:①因操動機構與滅弧室距離較遠，需要較大尺寸的傳動機構，這導致機構動作不可靠;②手車推進機構只能采用偏向布置，不能采用中間布置，手車進出開關柜時，容易出現偏向(因推進動力源不在中間，手車兩側受力不平衡)，導致A、C兩相動靜觸頭齒合尺寸不一致(推進機構偏向的一側，動靜觸頭齒合較多，另一側則較少);③手車的調試、維護及安裝比較困難。所以應該優先選用操動機構與一次導電回路前后布置的斷路器手車，以避免上述問題的出現。圖2是國內某公司最新推出的VEM系列斷路器手車框架圖。

6 絕緣件選擇

目前國內已運行的KYN61-40.5型開關柜最容易出現的問題就是絕緣問題，主要表現在套管和觸頭盒。近年來，電力系統特別是在沿海地區，時常發生40.5kV開關柜在運行一段時間后有異常放電，嚴重的發生對地擊穿和短路燒毀現象，主要原因是絕緣件結構設計不合理、絕緣件阻燃水平和抗老化水平低、開關柜小型化使柜內電場更加復雜，加上運行環境惡劣等諸多因素造成的。尤其是KYN61-40.5型開關柜的斷路器室觸頭盒動、靜觸頭連接處和套管地電位法蘭面安裝位置，其電場集中強度大，且極不均勻，容易造成帶電母排對空氣放電，局放起始電壓和擊穿電壓也大幅度降低。長時間放電容易燒傷絕緣件表面，絕緣件表面變得粗糙，嚴重的出現空穴，不僅使絕緣件表面局部場強增大，而且會藏污納垢，破壞表面清潔度，誘導碰撞游離，形成局部放電而發展成沿面閃絡，同時也加快了絕緣件本身的老化程度。沿海和南方地區由于濕度大，運行環境差，加上裝配等原因，絕緣件表面容易附著污物油跡，運行時附著的金屬粉粒、水分等會使沿面閃絡電壓顯著下降。遭遇到雷雨天氣時引起間歇性電弧接地過電壓，更容易出現擊穿、短路現象。針對上述問題，在選擇套管和觸頭盒等主要開關柜內主要絕緣件時，應優先選用屏蔽套管和屏蔽觸頭盒，而且對其制作的材料及生產工藝應該加以限制，比如材料應選用滿足阻燃等要求的優質原料，生產工藝為APG壓力澆注成型制造工藝。像其它絕緣件比如支撐絕緣子、高壓傳感器也應選用大爬距的產品。

圖2

7 電壓、電流互感器選擇

電壓互感器型號比較單一，選擇相對簡單，選擇時只要盡量選用加大爬距及全絕緣結構型號的即可。電流互感器應避免選用觸頭盒式(常用型號有:LDJ-35、LCZ-35等)，而優先選用全封閉支柱式結構的電流互感器(常用型號有:LZZBJ9-35、LZZB8-35(G)等)。觸頭盒式電流互感器的安裝、調試及維護都非常困難，而且因KYN61-40.5型開關柜為小型化結構，目前國內適合此型號開關柜的觸頭盒式電流互感器性能還不成熟，也存在一些問題。現在部分省份已明文規定禁止使用觸頭盒式電流互感器。

8 過電壓保護元件選擇

在40.5kV電壓等級，因系統振蕩或操作引起的過電壓非常明顯，對設備安全運行危害較大，所以配有真空斷路器的開關柜應配置過電壓保護器，以保護柜內元件;對于線路柜，特別是雷電較多地區，可以選擇使用氧化鋅避雷器，以防止因雷擊損壞柜內元件。

9 母線表面絕緣處理及相間絕緣材料選擇

因KYN61-40.5型開關柜是一種小型化開關柜，柜內采用的是復合絕緣結構，一次母線表面需要進行絕緣處理。目前常用的絕緣處理方式主要有母線表面噴涂環氧樹酯粉末(即硫化工藝)和熱縮40.5kV專用熱縮套管兩種，這兩種方式的絕緣效果都比較不錯，都能滿足絕緣要求，問題在于其制作的材料、技術和工藝。若是采用母線表面噴涂環氧樹酯粉末工藝，就要求母線在噴涂前，其表面應清潔，不得有油漬、灰塵等異物，母線折彎處應打磨光滑，不得有折彎裂痕;環氧樹酯粉末厚度應保證為3～4 mm之間，且噴涂均勻，不得有氣孔，內部不得有雜物;母線絕緣處理完畢后，其絕緣層應有較強的附著力，具有一定的抗拉強度。若采用熱縮40.5kV專用熱縮套管，同樣要求母線在熱縮前，其表面應清潔，不得有油漬、灰塵等異物，母線折彎處應打磨光滑，不得有折彎裂痕;熱縮時，其加熱溫度應保持恒定，各部位加熱應均勻，不能出現烤焦、氣孔等現象。絕緣熱縮材料應該選用具有較強實力的公司的產品，能保證其絕緣性能及使用壽命。

相間絕緣材料應選用具有阻燃性能的SMC板(即不飽和樹脂玻璃纖維增強片狀模塑料)，被安裝的SMC絕緣板與高壓帶電體保證不少于60mm的空氣間隙，應采用懸空安裝方式，不能與高壓帶電體有任何連接。

10 二次元器件選擇

目前部分用戶比較喜歡選用開關狀態綜合指示儀，即把各種位置顯示功能、高壓帶電指示功能、控制功能、電機儲能功能、一次模擬線動態顯示功能、測量功能、語音報警功能等集中在一臺裝置上，表面上看起來非常漂亮、美觀、整潔，其實使用非常不方便。首先，維護困難，只要其中任何一項功能損壞，就可能要更換整臺裝置，既麻煩，又增加成本;其次，產品問題較多，從實際運行效果來看，開關狀態綜合指示儀是出現故障概率較高的元器件之一。所以二次元器件盡量選用單一功能元器件組合的方式。

11 結束語

通過以上分析，在工程設計過程中，合理選擇開關柜的外形尺寸、開關柜手車室布置方式、開關柜方案及開關柜內主要元器件的類型對開關柜安全穩定運行至關重要，通過正確的選型可以比較妥善地解決KYN61-40.5型開關柜在日常運行中暴露出的各種問題。