淺談高壓開關柜的設計

袁耀輝

（珠海經濟特區廣達電器設備有限公司，廣東 珠海 519000）

1 高壓開關柜的結構設計

高壓開關柜主要采用組裝式結構，柜體內一般設斷路器隔間、母線隔間、電纜隔間、儀表隔間以及小母線隔間共5個隔間，每個隔間既相互獨立又有密切的聯系[1]。

1.1 電氣元件的安裝要求

電氣元件的安裝要同時兼顧安裝的結構強度和其所能承受的動、熱穩定值，此外還要滿足工頻耐壓以及絕緣距離的要求，見表1所示。

表1 高壓開關柜工頻耐壓及絕緣距離要求

1.2 連鎖裝置設計

高壓開關柜的聯鎖裝置設計是對設備以及操作人員安全的保障，因此必須實現表2所示的五防連鎖功能。

表2 五防連鎖功能要求

2 開關柜一次部分的設計

2.1 開關柜主母線及分支母線

進行開關柜主母線的設計時，最為關鍵的控制條件就是主母線的額定電流。在設計院所提供的設計圖紙中有兩種情況，一種情況是給出主母線額定電流的值，另一種情況是直接將主母線的規格給出來。此外，在同業主所簽訂的技術協議中也會對主母線額定電流的值或主母線規格進行相應的約定。無論是以何種方式對主母線的設計提出要求，在主母線設計過程中都要認真對主母線額定電流的值或主母線規格進行細致的校核，并注意留有一定的裕度。

饋線柜分支母線的設計除了要考慮斷路器的額定電流外，同時還要考慮電流互感器的變比。而進線柜、聯絡柜以及分段柜分支母線在設計時一般都取與主母線相一致的規格，在情況特殊時能夠對其規格進行相應改變，但同樣要滿足額定電流的要求。

2.2 高壓真空斷路器

斷路器本質上是一個開關器件。在正常工作情況下，高壓開關柜的斷路器負責接通以及斷開電氣回路中的負荷電流；而在故障條件下，斷路器則要與繼保裝置相配合，做到可靠迅速的切斷故障電流，避免事故擴大，有效保證電力系統的安全。斷路器具有“防跳”功能，其是通過將防跳繼電器加入斷路器控制回路中實現的。

2.3 電流互感器及電壓互感器

高壓開關柜中的電流互感器二次繞組必須有一點接地，這樣在一、二次繞組間絕緣破壞被擊穿時，可以將高壓引入大地，保持二次繞組處于低電位，確保二次設備及操作人員的安全。此外，電流互感器的二次繞組不允許開路，如果運行過程中電流互感器的二次繞組處于開路狀態，但一次電流卻保持不變，就會全部變成勵磁電流，導致電流互感器的鐵芯馬上飽和，其二次側將有數千伏的高壓產生，造成鐵芯嚴重發熱，嚴重時會造成鐵芯燒毀。電流互感器具有支柱式、母線式、貫穿式等多種形式，要根據母線的連接形式以及電氣元件的布置情況進行選擇。

2.4 零序電流互感器

在正常工作狀態下，零序互感器中流過的三相電流相量之和等于零，二次繞組將不會有感應電流產生。而當被保護線路出現單相接地故障時，三相電流的相量之和將不再等于零，而是等于三倍的零序電流，從而在零序互感器的二次繞組中產生感應電流，使繼保裝置動作。要注意的是選用的一次電纜必須能夠穿過零序電流互感器，而如果有多根電纜，則必須按照零序電流互感器的孔徑大小對其進行控制。

3 開關柜二次部分的設計

3.1 儀表隔間的面板設計

3.1.1 高壓開關柜儀表隔間面板設計的原則是：方便觀察、監視、調試與操作，保證安全可靠運行，外觀美觀而整齊。而面板上設備與設備的間距要滿足安裝和接線的要求，應在滿足試驗、運行、監視以及檢修便利的前提下，將其設計得盡量緊湊。

3.1.2 在設計面板開孔位置時，還要考慮到面板上所布置的元件是否會碰撞到內部的端子排或其他元件，要進行相應的干涉檢查。

3.1.3 在布置面板上的元件時，面板的上部一般是用來布置測量儀表和較少調節與檢查工作的元件，而把調試工作量較大的元件集中布置在面板的中部。為了整齊、美觀，每個間隔的面板布置要盡可能保持一致。

3.2 二次端子排的設計

要按照電流回路→電壓回路→控制回路→信號回路→輔助回路→照明回路的排列順序來布置二次端子排。端子排上接線的設計依據則是設計院所提供的二次原理圖以及高壓開關柜中各種元件的布置，除了滿足柜內各種元件的需求外，還要根據二次原理圖預留好外引接線的端子。

3.3 控制回路的設計

高壓開關柜一般有儲能回路、合閘回路以及跳閘回路等三個控制回路，而其余的回路則都是圍繞這三個回路進行展開的。其中，儲能回路主要用于滿足斷路器合閘時所需的能量；合閘回路既可以用手動合閘，也可以用電動合閘；跳閘回路同樣可以手動分閘，也可以電動分閘。此外還有在斷路器故障狀態下防止其再次合閘的防跳回路，可以采用綜合保護裝置的防跳、采用斷路器的防跳以及采用防跳繼電器等三種方式中的一種來實現防跳。

結語

安全問題是電力生產的重中之重，而保證安全的關鍵就在于預防。高壓開關柜作為電力系統中極其重要的成套設備，其能否安全、可靠、經濟和高效運行將會對配電網的供電可靠性造成最為直接的影響。因此，在高壓開關柜的設計過程中，必須總結經驗，依靠科學的設計手段，重視開關柜結構設計以及各電氣元件的選型，特別要注意元件載流量以及絕緣距離的校核，只有這樣才能設計制造出優質的高壓開關柜產品。

[1]應麗華.10kV高壓開關柜設計研究[J].機電信息，2012，30:137-138.

[2]李小松.淺談10kV高壓開關柜設計的幾點體會[J].電氣開關，2003，5:11-13.

[3]李萍.KYN28高壓開關柜設計問題探討[J].電氣制造，2010，8:31-33.

[4]朱國謙.淺談高壓開關柜的設計[J].電氣傳動自動化，2009，5:31-34.