40.5 kV小電流開關柜結構設計與溫升驗證

摘要：開關柜作為一種電力控制設備，在國網、南網、工業、石油石化等領域廣泛應用，其中電壓等級較高的40.5 kV開關設備，其重要性不言而喻?，F行市場對于小型化高質量產品的需求不斷提高，鑒于此，提出一種滿足國家電網公司《十八項電網重大反事故措施》（2018版）要求的40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬成套電力開關設備的結構設計方案，結合溫升試驗進行驗證分析，得到產品設計和制造達到使用要求的結論。

關鍵詞：40.5 kV開關柜;結構設計;溫升試驗

中圖分類號：TM591 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）18-0001-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.001

0 引言

40.5 kV開關設備是中壓配電最高電壓等級產品，從20世紀90年代后期開始出現小型化、抽出式產品。我國早期是引進國外先進的開關設備，隨著ABB ZS3.2產品的出現，大部分成套廠家開始參考設計，使得一大批產品應運而生。

國內成套廠家開發設計的產品保留了ZS3.2產品里采用絕緣隔板作為復合絕緣來提升設備絕緣水平的設計方案。對于絕緣隔板，部分成套廠家不是很重視，采用的絕緣材料普遍性能不良，絕緣隔板極易受潮失絕緣，導致開關設備長期運行后絕緣性能下降，造成開關設備故障頻發，嚴重影響電網的安全運行;同時，絕緣隔板阻燃性能不佳，導致開關設備內部絕緣故障時起火燃燒，甚至會造成火燒連營的嚴重后果。總之，開關設備內用以加強絕緣的絕緣隔板等材料，在開關柜發生絕緣故障時極易擴大事故的范圍。

為確保電網安全穩定運行，國家電網公司在2018年重新修訂了《十八項電網重大反事故措施》文件，新修訂的措施條款“12.4 防止開關柜事故”中明確指出，開關設備空氣凈距應滿足表1的要求[1]。

同時，新安裝的開關柜禁止使用絕緣隔板。即使母線加裝絕緣護套和熱縮絕緣材料，也應滿足空氣絕緣凈距離要求[1]。

另外，在解釋說明條款中，針對40.5 kV開關設備的空氣凈距做了補充說明：如采用固體絕緣封裝或硫化涂覆等技術，可適當降低其絕緣距離要求，但絕緣凈距不得小于240 mm[1]。

新建的變電站，40.5 kV開關柜按國網通用設備技術要求，柜寬均為1 400 mm/1 680 mm，這些按2018年頒發的《十八項電網重大反事故措施》[1]要求執行沒有問題。但遇到舊站改造、地基利舊、與前期拼柜（前期設備柜寬為1 200 mm）或者工業&用戶（設備寬度為1 200 mm）按照國網反措要求驗收的項目，空氣凈距（40.5 kV相間和相對地）≥300 mm[1]這一條款要求對現有1 200 mm寬的設備來說無法實現，亟需一種新的方案來滿足項目需求。因此，提出以下一種新的設計方案。

1 設備的設計制造技術

設備參數：1）額定電壓：40.5 kV;2）額定電流：1 250 A;3）外形尺寸：1 200 mm（寬）×2 500 mm（深）×2 600 mm（高）。

新產品設計思路：基于現有40.5 kV/1 250 A/

1 200 mm寬的開關設備方案，新開發設計一次回路及相關殼體部分結構，得到一種能滿足《十八項電網重大反事故措施》的40.5 kV/1 250 A/1 200 m規格的開關設備，同時結合《40.5 kV空氣絕緣開關柜絕緣優化及標準化設計方案 1 400 mm》（2020版）要求[2]，開關設備內部分支母線選用60×12規格銅排，進而達到空氣凈距≥300 mm（硫化涂覆≥240 mm）的要求[1]。

2 開關設備的設計

40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬開關設備設計方案如下：

1）開關設備外形尺寸設計：基于現有40.5 kV/1 250 A/1 200 mm設備尺寸進行開發設計，新開發的設備尺寸按1 200 mm（寬）×2 500 mm（深）×2 600 mm（高）設計。

2）一次回路銅排選型：按40.5 kV開關設備標準化設計方案文件要求[2]，額定電流1 250 A可選用1根60×12×R6全圓角銅排，同時受限于開關設備1 200 mm寬度的要求，銅排表面需進行硫化涂覆處理，以滿足空氣凈距的要求。

3）分支母線相間距離的設計：基于《十八項電網重大反事故措施》[1]文件要求，額定電壓40.5 kV的設備，母線如采用硫化涂覆技術，絕緣凈距不得小于240 mm，母線選用60 mm寬規格銅排，240+60=300 mm，考慮到硫化涂覆層的厚度要求，分支母線相間距離按305 mm考慮設計，經過計算，相對地尺寸也≥240 mm，滿足反措條款要求[1]。

4）主母線選型：D型銅排，表面硫化處理。

5）接地開關選型：接地開關絕緣件帶高傘裙，接地開關靜觸頭處于傘裙內部，分支母線與接地開關靜觸頭搭接位置亦處于傘裙內。

6）電流互感器選型：電流互感器選用帶高傘裙產品，分支母線與電流互感器的搭接位于傘裙內，電纜搭接位置也位于互感器傘裙內。

7）絕緣子、傳感器選型：選用帶高傘裙的絕緣支撐件，目前與絕緣件的支撐搭接位置位于傘裙內部。

8）主母線與分支母線搭接裸露處：選用絕緣接頭盒包覆。

9）端部開關設備母線室封板：表面硫化處理，滿足對地凈距≥240 mm要求。

基于以上9點設計方案，主母線與開關柜內分支母線表面采用硫化涂覆工藝處理;主母線與分支母線搭接裸露處采用絕緣接頭盒包覆;開關設備電纜室內部選用高傘裙的元器件（電流互感器、接地開關、絕緣子、傳感器等），使得銅排與元器件搭接位置的裸露銅排處于絕緣傘裙內部，同時電纜搭接頭也在CT的絕緣傘裙內，滿足了2018版國網十八項反措提出的40.5 kV開關設備相間及相對地空氣凈距≥240 mm（硫化）的要求[1]。

結構示意圖如圖1所示。

3 新方案溫升試驗驗證

3.1 溫升試驗的相關標準規定

關于溫升試驗電流的規定，國家標準和電力行業標準中的要求存在一定的差異。GB/T 3906—2020《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》[3]“7.5.1 溫升試驗概述”中定義：“應在額定的相數下通以額定電流進行溫升試驗，額定電流從母線端流向用于電纜連接的末端。”DL/T 404—2018《3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備》[4]“6.5.2 溫升試驗設備的布置”中規定：“應在規定的相數下，通以1.1倍的額定電流進行，電流應從母線的一端流向與電纜連接的末端或從電纜連接的一端流向與另一電纜連接的一端?！闭Ｇ闆r下，開關設備制造廠家會按照最嚴苛的要求進行溫升試驗驗證。本次40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬新開發設計的設備按照1.1倍額定電流（1 250×1.1=1 375 A）進行溫升試驗。

標準規定關于溫升試驗的解釋：GB/T 11022—2011《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》“4.5.2 溫升”中規定“在溫升試驗規定的條件下，當周圍空氣溫度不超過40 ℃時，開關設備和控制設備任何部分的溫升不應超過表3規定的溫升極限[5]”，截取表3相關內容如圖2所示。

3.2 溫升試驗執行

此次溫升試驗在額定電流為1 250 A的開關設備（尺寸1 200 mm×2 500 mm×2 600 mm）上進行，試驗電流為1.1倍額定電流（即1 375 A），試驗室內空氣流速為0 m/s，試驗時間為8 h，最后1 h內溫升≤1 K，試驗連接主母線規格為：1根D5。開關設備溫升試驗布置如圖3所示。

溫升試驗測量點位置示意如圖4所示。

3.3 溫升試驗數據

按3.2所述的配置進行溫升試驗，得到溫升數據如表2所示。

3.4 溫升試驗結果分析

從此次溫升試驗數據來看，測量點的溫升值滿足相關標準要求[5]，此次新設計的方案通過了溫升試驗驗證。

4 結束語

本文結合溫升試驗的驗證提出了一種40.5 kV/1 250 A/1 200 mm寬開關設備的設計方案，便于后續針對特殊項目執行響應，能較好地為用戶提供解決方案，進而提升客戶滿意度，提升產品競爭力。

[參考文獻]

[1] 國家電網有限公司關于印發《十八項電網重大反事故措施（修訂版）》的通知：國家電網設備〔2018〕979號[A].

[2] 40.5 kV空氣絕緣開關柜絕緣優化及標準化設計方案 1 400 mm（2020版）[S].

[3] 3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備：GB/T 3906—2020[S].

[4] 3.6 kV～40.5 kV交流金屬封閉開關設備和控制設備：DL/T 404—2018[S].

[5] 高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求：GB/T11022—2011[S].

收稿日期：2024-05-09

作者簡介：林有哲（1987—），男，福建三明人，工程師，研究方向：成套電力機械工程。