一種新型開關柜在煤礦中的應用

王德強 鄧新春 孫曉通

（兗州煤業股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

1 引言

東灘煤礦35kV變電所現有4路35kV級供電線路，一是引自羅廠區域變電所2回LGJ-3×240mm2架空線路供電，正常時一路運行，一路熱備；二是由東灘電廠1#、2#聯絡線（YJV-26/35kV,3×300）經本變電所35kV母線并網發電的2回線路。35kV變電所另有1路35kV級饋電線路供西關變電所，也可作為礦井的應急電源。35kV母線為單母線分段供電方式，采用LGJ-3×400/35mm2裸導線。35kV配電設備現為屋外式布置。

東灘煤礦35kV變電所現已投入運行20多年，所起的作用也隨著電廠的投入運行，不僅僅是礦井終端變電所，而且也具有區域變電所的功能，煤礦的生產能力已得到很大的提高，是兗礦集團的主要生產礦井之一，隨著生產水平的不斷延伸，生產需要的電力負荷和輸電距離都有較大的增加，供電質量的要求也越來越高，現有35kV級輸變電設施已不足以滿足現有生產要求，存在影響正常生產的安全隱患，主要體現在以下幾個方面：

（1）本變電所35kV進線肩負輸入、輸出調節電能的功能，35kV母線起到協調、平衡電能的作用，現有的線路保護已不能滿足該功能的保護要求，作為大型礦井一、二級負荷供電的主變電所，快切、長距離配電線路保護等設施均不完善。

（2）現有35kV配電設施均為室外布置，長期受日曬、雨淋、溫度變化等影響，設備老化現象較為嚴重，絕緣強度降低，日常維護量增大，生產安全存在較大的隱患。

針對上述問題，東灘煤礦采用西門子新型的8DA10六氟化硫充氣柜及相關輔助設施完成了東灘煤礦35kV級供電系統改造。

2 主線路方案

（1）東灘煤礦6kV配電室北側有一配電室，配電室長為16800mm，深為4800mm，根據相關規程規范的要求，其深度只能滿足小于2000mm的固定式開關柜型，普通空氣開關柜是無法滿足要求的。選擇新建配電室造價較高，且建設工期較長。故綜合考慮經濟性和建設周期，東灘煤礦選擇了新型的西門子8DA10六氟化硫充氣柜，其優點是由于使用了絕緣性能優異的SF6氣體，大大縮小了柜體的外形尺寸，與空氣絕緣相比，SF6充氣柜安裝面積為其26%，體積為其27%，柜體寬僅為600mm，深僅為1800mm，可以利用現有的配電室，不需要建設新的35kV配電室，建設工期相比要短，能夠充分利用現有2回路電廠線的現有電力電纜，35kV配電設備室與6kV配電設備室相鄰，管理維護較為方便。且六氟化硫充氣柜是將所有的高壓原件諸如母線、斷路器、隔離開關等封閉在充有低壓力SF6氣體的不銹鋼殼體內的成套設備。其突出特點是不受外界環境（如凝露、污穢、小動物等）的影響，安全，可靠性高，操作簡單，免維護等，大大減少了維修和檢修工作量。

（2）根據煤礦一、二級用電負荷比較多，以及整個礦井用電負荷較大的特點，東灘煤礦35kV主接線系統采用單母線分三段，這樣可以在檢修其中一段母線及連接設備時做到同時投運兩臺變壓器，做到不影響礦井生產；同時在新型開關來電側設置了5套隔離刀閘，既方便了本所小范圍的檢修，又降低了上級電網安全風險和操作量。主接線詳見圖1。共需12面配電柜，其中4面高壓進線柜，4面出線柜，分別為3面主變壓器出線柜，1面鐵東線出線柜，隔離柜、聯絡柜各2面，PT柜插接到2段母線，不占用配電室的安裝位置。現場實物圖見圖2。

圖1 電氣主接線圖

圖2 現場布置圖

3 8DA10六氟化硫充氣柜結構及特點

8DA10型開關柜為單母線三極開關柜，其結構大致可分為：高壓斷路器柜、高壓斷路器、三位置隔離開關、電流互感器、電壓互感器、氣室。

3.1 高壓斷路器柜

高壓斷路器柜是西門子8DA系列六氟化硫充氣柜基本柜型，分進線柜和饋出柜，柜型如圖3所示。

圖3 高壓斷路器柜結構

3.2 真空斷路器

真空斷路器是開關柜不可分割的一部分，它由以下部件組成：帶儲能彈簧結構和控制部件的操作結構（3AH49）、用于觸頭操作的變速桿、3個帶真空滅弧室的開關柜極柱。如圖4所示。

圖4 真空斷路器

斷路器和三位置隔離開關以機械方式進行聯鎖。機械聯鎖可防止在三位置隔離開關沒有處于確定的末端位置（合閘/分閘）時斷路器被合閘。而且，機械聯鎖還可防止在斷路器合閘后三位置隔離開關被操作。

3.3 三位置隔離開關

三位置隔離開關組合了隔離開關和接地開關的功能，它僅為無電流操作而設計。示意圖如下。

3.4 電流互感器和電壓互感器

電流互感器設計為環形鐵心，電流互感器環形鐵心作為二次繞組的載體，主電路相當于一次繞組，由于柜體具有單極設計，因此布置在一次外殼（開關柜外殼）的外面，沒有承受介電壓力的鑄塑樹脂部件。一般安裝在母線、斷路器外殼、柜體聯結處、電纜上。電壓互感器為單極絕緣、金屬封閉，一般插接在母線上或柜體聯結處，可通過三位置開關進行隔離。

圖5 隔離開關

4 8DA10六氟化硫充氣柜的優缺點

通過近一年的使用和維護，分析比較得出該柜型優缺點。

其優點如下：（1）主母排采用螺栓連接，連接可靠，主母線絕緣裕度大，對基礎要求及柜體要求低，杜絕母排因接觸電阻不均勻造成的過熱。（2）母線PT可頂插，為利于母線側PT的檢修，裝有隔離/接地的三工位開關，便于維護并可防止諧振。（3）采用了低壓穿芯式電流互感器，無需承受動熱穩定電流，電流互感器位于氣室外部，易于觀察和維護，電纜頭部分在電流互感器的保護范圍之內，這樣可保證繼電保護的選擇性，不會引起越級跳閘，電流互感器有多個位置可以安裝。（4）當一個排列中任何一臺開關柜發生故障時，將發生故障的開關柜很容易的抽出，無需移動其兩側的開關柜。（5）斷路器與三工位開關有完善可靠的純機械聯鎖，可靠性遠高于電氣聯鎖；三工位開關的手動操作非常方便，隔離開關及接地開關有不同的操作孔，聯鎖可靠；斷路器分合位置與彈簧儲能均為機械指示，位于開關柜前面板，易于觀察；三工位開關為機械指示，機械指示反映三工位開關實際物理位置。（6）采用110kV以上GIS技術，外殼為筒形，電場分布好。采用全鑄造技術的鋁合金外殼，耐腐蝕、重量輕、電性能優越且無渦流，比用板材焊接結構的開關柜在電場分布和機械性能方面更加優越。（7）三相母線以及母線聯接件安裝在三個單獨的母線室內，以杜絕柜內發生三相短路的可能性。（8）電纜工具、電纜頭采用德國KP進口產品，可靠性高；帶電顯示器等采用進口產品。

其缺點如下：（1）主母線連接后需要現場進行充氣；（2）開關柜密封點較多,不是模塊化組裝,氣體柜意味著泄漏點可能增加；（3）更換故障開關柜后主母線室需要重新充SF6氣體，不能迅速恢復運行；（4）電纜做耐壓及泄漏試驗時需要將電纜頭拔下方可試驗，不方便試驗。

5 結束語

截至目前，東灘煤礦35kV變電所為濟寧市唯一一家，也是山東省煤炭行業唯一一家35kV及以上供電系統使用六氟化硫充氣柜的變電所。使用該新型設備后，整個供電可靠性及智能化水平有了大幅度提高。