礦用一般型手車式高壓開關柜的應用探討

段孟君

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦， 山西 古交 030200）

引言

礦用手車式高壓開關柜在煤礦井下生產中應用廣泛，與固定式開關及油開關等相比，其具有滅弧性能良好、開斷容量大、運維簡便、機械壽命長等性能優勢，同時能大大提升電網設備安全水平。為保證礦用一般型手車式高壓開關柜安全使用，避免發生電氣火災、電器元件損壞、人身電擊傷亡等事故，必須確保正確操作和使用開關設備。

1 礦用一般型手車式高壓開關柜性能

礦用高壓真空開關柜一般為鋼板封閉式結構，柜底后側接入電纜，上門位置安裝有監視儀表、操作開關及信號指示，上門內側則為二次電氣箱，箱內主要安裝全部繼電保護和二次線。為便于檢修，繼電器板均可轉出箱外。手車式高壓開關柜門關閉后可將其真空斷路器調整至共組位置，通過手動操作。

手車式高壓開關柜真空斷路器接入手車室軌道后將柜門關閉，并借助柜門下方的搖柄將其搖動至工作位置，同時在真空斷路器右側的連桿抬起面按壓鎖住門鎖。斷電后繼續搖出真空斷路器，在其右側壓桿的作用下壓板逐漸向下移動，并借助連桿抬起門鎖，前門開啟。

手車式高壓開關柜同時具備定時限電流保護、反時限過電流保護、欠壓及過壓保護、電纜絕緣保護等功能。通過斷路器分合等開關設備遙控及本地操控，實現對設備運行狀態控制、連鎖、互鎖控制和輸入、輸出邏輯控制。

高壓開關柜微機監控系統設置有通信接口，通過接入通信網絡可實時傳輸監控數據并下達調度指令，同時可實現對操作控制、保護投切、測量等配置參數的優化設計以及對電網運行狀態的測控，完全實現對礦井中央配電室的無人值守。

2 安裝及操作使用

安裝礦用一般型手車式高壓開關柜前，必須將柜內灰塵徹底清除，并按順序擺放，按安裝要求調整水平度和垂直度后通過點焊方式及M12 螺栓將開關柜和槽鋼基礎連接固定。將制作完成的電纜頭固定于支架，并使電纜與母線良好接觸。

在操作使用前，應先檢查高壓開關柜中電氣元件規格型號以及緊固件安裝的牢固程度，并確保主回路接觸電阻不超出500μΩ；同時在相與相、相與地間施加50 Hz 交流電，按照GB 311.1—2012 的規定進行主回路工頻絕緣電壓試驗，應不發生擊穿閃絡。在主回路斷電的情況下，進行二次控制回路通電試驗[1]，試驗結果必須滿足二次接線圖相關要求。試驗步驟具體如下：

1）在采用ZNA-630A 型真空斷路器開關柜的情況下，必須先將二次控制電源接通，使電源指示燈開啟，同時將分合閘轉換開關轉動合閘并持續至少10 s。以上操作將使斷路器儲能電機進入儲能及合閘狀態，而分合閘開關應逆時針旋轉至分閘位置，使斷路器分閘。

2）在采用PZN-400 型真空斷路器開關柜的情況下，應使其處于大斷口狀態，再使分合閘轉換開關順時針轉換至合閘處，開關線圈通電后起到吸引銜鐵及自保的作用，斷路器也顯示合閘；再將分合閘轉換開關逆時針旋轉至分閘位置，開關線圈斷電并將銜鐵釋放。

3）若采用ZN63-12 型手車式高壓開關柜時，應先將小車置于工作位置，關門后工作位置指示燈及分閘指示燈均亮起，且斷路器顯示為分閘狀態；將儲能按鈕按下后，儲能電機動作，彈簧機構同時進入儲能運行狀態，結束后指示燈亮起；再將合閘開關順時針扭轉至合閘位置，斷路器同時合閘，且開關柜門合閘指示燈同時亮起；將分閘開關逆時針旋轉至分閘位置，則斷路器隨之分閘操作，進而徹底斷開斷路器觸頭與觸頭盒。

3 手車式高壓開關柜的改進

近年來，礦用一般型手車式高壓開關柜事故頻繁發生，煤礦生產及管理單位也對開關柜元件、線路等進行相關試驗，電纜鐵芯放電或電纜接地諧振過電壓等事故原因均被排除，最終鎖定的事故原因為手車式高壓開關支柱絕緣子與電流互感器爬電距離過小，鐵芯受到電流互感器一次引線放電影響后，進而引發支柱絕緣子多點沿面閃絡以及三相短路[2]。外界原因主要為環境濕度較大，使開關柜絕緣水平降低。

基于以上對常見手車式高壓開關柜事故及原因的分析，應從以下幾個方面提升手車式高壓開關柜絕緣水平及運行性能。

3.1 絕緣材料的選擇

礦用一般型手車式高壓開關柜大多采用環氧樹脂玻璃層壓板材料彌補空氣絕緣距離過小的不足，并達到加強絕緣的目的。但是一旦高壓開關柜發生短路引發電弧，環氧樹脂玻璃層壓板絕緣材料便會隨之燃燒，所釋放出的大量碳化物因無法及時排出而充斥于開關柜空間，形成帶電粉塵離子，加大爆炸的可能。為此，應當選擇兼具絕緣和阻燃性能的片狀模塑料（Sheet molding compound,SMC）、團狀模塑料（Dough molding compounds,DMC）、玻璃鋼等絕緣材料。

3.2 開關柜結構控制

當前我國礦用開關設備電氣標準明確規定，空氣距離應不得小于100 mm，這一距離符合75 kV 沖擊電壓試驗以及42 kV 工頻耐壓試驗設計要求，但是在具體運行過程中卻并不滿足開關設備電氣安全運行的要求。所以對于濕度大、灰塵多、運行工況復雜的礦井環境，必須對電氣設備絕緣水平及性能狀態進行定期考核。礦井運行環境下，手車式高壓開關柜斷路器、絕緣子、柜體等普遍分布著導電塵埃，且開關設備清掃及檢查周期長。如果不能從日常運行維護、清掃等角度加強導電塵埃清理及性能檢測，則最好增大空氣絕緣距離，提升開關電氣設備絕緣水平。

在手車式高壓開關斷路器和絕緣子高度不變的基礎上，必須改為戶外設計，爬電距離也應從當前的140 mm 增大至200 mm 及以上，從而避免其在復雜的井下環境中產生沿面放電；母線及斷路器觸頭等應當按照圓筒式結構設計，以避免因電場不均而引發閃絡放電。

3.3 開關設備電弧及閃絡放電控制

電弧及閃絡放電是質輕等離子體在受到熱氣和電動力等的共同作用后在高壓柜體內快速移動[3]，進而產生高溫度強功率破壞力，使金屬零部件表面發生熔化蒸發、結構變形，甚至會使開關柜面板崩開，內部元器件燒壞。

礦用一般型手車式高壓開關柜發生短路的瞬間必然會因外絕緣爬電距離過小、絕緣程度差異等原因而導致帶電體自身、帶電體與接地部分、帶電體與絕緣體之間均發生閃絡放電。礦用一般型手車式高壓開關柜斷路器強度低、抗短路沖擊性能及熱穩定性差，如果遇短路故障，則很容易發生斷路器斷裂及爆炸事故。此外，設備防潮性能、電場分布均勻性等也與設備短路故障有關，若設備長期運行于潮濕環境，設備幾何形狀不科學，電場分布不均，則在手車式高壓開關柜設備發生短路的瞬間，強大的電流作用于絕緣子、母線、柜體等處后必然激發沉積的導電塵埃四處飛揚，進而構成放電通道，降低絕緣性能，引發電擊事故。

3.4 裝設加熱器

為避免礦用一般型手車式高壓開關柜在溫度變化大、高濕度環境中發生凝露及腐蝕危害，還應當將加熱器分別安裝在斷路器手車室和電纜室。通常應選用板式發熱原件，并將磁套管加設在導線連接處線芯上，加設數量根據線芯瓦數確定：50 W 以下線芯加裝2 個磁套管，50 W 以上線芯則加設3 個磁套管。在敷設加熱器線束時必須將其與電阻原件、發熱元件距離控制在30 mm 以上，具體如圖1 所示。

圖1 加熱器線束敷設

對于附帶翅片的礦用一般型手車式高壓開關柜氣體冷卻加熱器應將翅片垂直安裝，不得水平安裝，具體安裝要求詳見圖2。

圖2 帶翅片氣體冷卻加熱器安裝示意圖

4 結語

本文所提出的改進措施應用后，既滿足了煤礦企業對老礦配電室改造的需要，又使得煤礦井下一般型手車式高壓開關柜結構更加優化，絕緣性能提升，開關設備電弧及閃絡放電也得到更加有效的控制，凝露及腐蝕危害大大降低，進而使煤礦井下中央配電室中高壓開關柜的供配電性能能夠順利發揮，從而為礦井煤層開采、煤料運輸、通風、照明等過程提供可靠穩定的電能。