10kV高壓開關柜設計注意要點

瞿鵬程

江蘇東源電器集團股份有限公司

10kV高壓開關柜設計注意要點

瞿鵬程

江蘇東源電器集團股份有限公司

隨著社會的發展，供電質量要求日益提高，作為供配電系統中的重要環節，開關柜設計的安全性、經濟性和可靠性越來越為人們所重視。目前10kV高壓開關柜設計問題越來越受到重視，因此在實際應用中需要從多個方面進行設計，熟悉掌握電力技術相關標準，逐步提高設計水平。

10kV；高壓開關柜；設計

1、10kV高壓開關柜現狀

高壓開關柜主要有固定式、中置式。近年，通過分析變電站內10kV高壓開關柜運行中發生的各類故障，總結出影響其可靠性的主要問題。(1)開關柜存量大、問題多，平均運行15年左右，故障率較高。(2)小型化開關柜空間緊縮，分支排間、分支排對地間絕緣凈距嚴重不足，受潮濕、灰塵等影響，多發生絕緣降低、局放超標等缺陷。(3)高壓室由于存在通風除潮設備配置不足或使用效果不佳，電纜孔洞封堵不完善等問題，因此多發生絕緣設備受潮、小動物進入等嚴重事故。(4)部分單位存在不符合《國家電網公司十八項電網重大反事故措施》情況，如開關柜內接線隱患，“五防”、泄壓通道不滿足要求等。(5)開關柜技術門檻低，生產廠家多，產品質量良莠不齊。

2、10kV高壓開關柜設計注意要點

2.1 安全凈距

絕緣安全距離是高壓開關柜設計中必須注意的重點，目前絕緣安全距離包括兩個方面，一方面開關柜中三相帶電導體之間要不小于相關規定的安全距離，同時帶電導體與其他金屬安裝板之間也應滿足一定的安全距離要求，另一方面帶電三相導體對地也應保證一定的絕緣安全距離；只有保證了以上兩方面絕緣距離的要求，才可以保證電路不出現因高壓放電帶來的短路問題；根據目前電力標準和國網十八項反措要求規定，單純以空氣作為絕緣介質的金屬封閉開關柜或控制設備，且開關設備或控制設備應用在海拔為1000米以下的情況，三相之間以及相對地之間最小的空氣絕緣距離為不小于125mm，同時帶電體到門最小間距應不小于155mm，如果開關設備或控制設備應用于高海拔(即大于1000米)地區時，絕緣安全距離要根據相關標準進行加以修正系數；在實際的工程應用中，會經常出現由于放置開關柜設備建設廠地面積的限制，需要將部分開關柜的尺寸減小，由此將導致開關柜內的絕緣安全距離不夠，為了解決此種問題，設計中經常采用以空氣和絕緣板組成的復合絕緣作為絕緣介質方式進行，但此種復合絕緣要求絕緣隔板到帶電體之間的最小空氣間隙不小于30mm，而絕緣隔板由于受到周圍空氣濕度的影響，如果空氣濕度較大，會出現隔板帶有凝露現象，進而導致絕緣隔板與帶電導體之間產生放電現象，為了避免此現象發生一般在開關柜內設計放置加熱器或者驅潮器來控制內部潮濕度，同時絕緣隔板隨著使用時間的加長，隔板會出現老化問題，隔板的強度和絕緣性會下降，因此需進行定期的巡檢和保養，所以建議復合絕緣在條件允許的情況下最好不選用。

2.2 爬電距離

由于電力系統用戶往往追求高可靠性，實踐中我們要符合以下條件：高壓開關柜中各組件及其支持絕緣件(純瓷及有機絕緣件)的外絕緣爬電比距(高壓電器組件外絕緣的爬電距離與額定電壓之比)對于純瓷絕緣為18mm/kV，對于有機絕緣為20mm/kV。由于這一要求比較高，很多常規的元器件往往滿足不了要求，這就要求我們告知元器件生產廠家加以定制。元器件生產廠家往往會采用不增加絕緣子高度而增多或增高裙邊的方法。我們在選型時要注意裙邊的高度與裙距比例不能太懸殊，另外，我們還應注意開關柜使用場所的環境條件，為了防止發生凝露，我們可以在開關柜中加入帶自動控制的加熱器。

2.3 五防連鎖

我們應該采取一些實際的行動來預防事故，我們可以在設計開關柜時加入一些強制性的連鎖裝置或在醒目的地方采取提示措施。

1)防止誤分現象的發生，變電站通常有兩種形式，一種是有人值守的變電站，一種是無人值守的變電站，為了更好的區分二者，我們可以通過不同的編號和不同顏色的標記來實現其判斷的過程，比如我們比較常見的紅綠翻盤，每一個斷路器在運行的過程中都可能會出現這樣的牌子。而如果是無人值守的變電站，因為斷路器在操作的過程中都是以遠程的方式來實現的，這樣就不能采用翻牌的方式，所以在無人值守變電站當中會加入一個人覅是你我連鎖裝置，這樣就可以有效的避免因為操作失誤而出現的各種問題。2)防止帶電負荷的失控引起的事故。主要有帶電負荷對上下的隔離開關的影響和帶電負荷對斷路器手車的影響。解決這一事故常用到的方法是用機械連鎖進行強制性的連鎖，因為隔離開關和手動車斷路器之間不能夠分斷和關合正常負荷電流。一旦操作失誤，隔離開關和斷路器手車都會被燒毀，如果控制不好，事故可能擴大。3)防止帶電操作時和上了接地開關或是將臨時地線接通。解決這一問題需要采取機械連鎖的方法，因為這些地方極易因人的誤操作而引起事故。4)防止臨時接地線或接地開關的接通，使得在合閘時送電。解決這一問題需要采取機械連鎖的方法，因為這些地方極易因人的誤操作而引起事故。

2.4 防護等級

防護等級也是10kV高壓開關柜結構設計時需要著重考慮的一項問題，防護等級只有滿足一定需求，才能夠起到一定的保護作用。在具體設計過程中，隨著防護等級的提高，相應的費用也會增加，散熱條件也會隨之變差。所以，為了確保開關柜整體結構設計滿足需求，在對防護等級進行設計的時候，必須綜合考慮上述幾個方面的因素。

2.5 動穩定

在電力系統中，開關柜通常要能承受20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的額定短路開斷電流，當開關柜中通過如此大的電流時，相間及同相母線之間會產生很大的電動力。這時，我們需借助支撐絕緣子的支撐，使母線不會產生明顯位移。一般而言，兩個絕緣子之間的距離不應超過800毫米，對于某些薄弱環節還應給予加強。由于動穩定的理論計算極其復雜，一般設計時需依靠設計者的經驗，最終需通過型式試驗加以檢驗。

2.6 溫升

電力系統中開關柜通常要能承受4000A及以下的正常工作電流，由于一次元器件通常處于密封的柜內運行，他們產生的熱量很難散發到柜外，所以導致柜內溫度升高。若溫度超過以下極限值，便會燒毀元器件，釀成事故。(表1)

表1

為了達到溫升的限制條件，我們必須加強制造工藝。雖然我們可以采取在電氣聯接面上涂凡士林、導電膏、鍍錫、鍍銀等種種措施，但最終的保證在于制造。可以說，運行中發生事故的絕大多數開關柜都是由于制造工藝不過關，從而導致溫升過高引發的。當然，在結構設計中，我們要極力避免渦流現象的發生，實在無法避免時，建議采用磁阻率高的材料。

[1]代佳佳，苗紅霞.基于有限元方法高壓開關柜電場的優化設計[J].機械制造與自動化，2015，44(02)：172-176.

[2]梁文濱.芻議高壓開關柜的設計與應用[J].中國新技術新產品，2014，(22)：55-56.