淺談10kV高壓開(kāi)關(guān)柜設計的幾點(diǎn)體會(huì )

摘要：探討了 l0kV 高壓開(kāi)關(guān)柜設計中關(guān)于絕緣距離、爬電距離、五防聯(lián)鎖功能、防護等級、 動(dòng)穩定和溫升問(wèn)題。

1 概述

在電力系統中，l0kV 高壓開(kāi)關(guān)柜的應用極其廣泛。由于電力系統用戶(hù)的需求五花八門(mén)， 作為制造廠(chǎng)家，我們不得不針對用戶(hù)的需求，為用戶(hù)量身定做。這就要求我們必須真正深刻 地理解相關(guān)的國家標準、部頒標準和標準柜型的設計要求。在十年的設計生涯中，對開(kāi)關(guān)柜 的設計有了一些體會(huì )，現在寫(xiě)出來(lái)與大家一探討，以求共同進(jìn)步。

2 幾點(diǎn)體會(huì )

2.1 絕緣距離

由于 10kV 開(kāi)關(guān)柜用于對三相交流電進(jìn)行分配，因此相間及相對地之間必須保證一定的 距離，否則會(huì )引起短路，對整個(gè)電力系統造成危害。但我們單純以空氣作為絕緣介質(zhì)時(shí)，絕 緣距離要求如表 1。

有時(shí)為了減少開(kāi)關(guān)柜外形尺寸，可以有以下幾種方法：

1)在空氣間隙中插入一塊非金屬的絕緣隔板， 從而縮小對絕緣距離的要求。 但要注意的是 空氣凈距離不小于 60 毫米，相間絕緣隔板應設置在中間位置。該方法的缺點(diǎn)是絕緣隔板受 使用環(huán)境影響很大，存在絕緣老化的問(wèn)題。

2)使用熱縮套管把高壓帶電導體整個(gè)套起來(lái)， 實(shí)踐中要確保絕緣距離不小于 100 毫米。 缺 點(diǎn)是熱縮套管同樣存在絕緣老化的問(wèn)題。

3)國外 ABB 公司有一種均勻電場(chǎng)的設計理論， 可以通過(guò)改善帶電導體的結構來(lái)縮小對絕緣 距離的要求。缺點(diǎn)是國內電力系統用戶(hù)很難接受這一理論，因為這不符合 DI/T 404—1997 標準的要求。

4)國外三菱公司有一種熱涂敷工藝， 可以在高壓帶電導體表面均勻附上一層絕緣材料。 缺 點(diǎn)是需要增添流化床設備。

綜上所述，在設計許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣，滿(mǎn)足表 1 的要求。

2.2 爬電距離 由于電力系統用戶(hù)往往追求高可靠性， 實(shí)踐中我們要符合以下條件： 高壓開(kāi)關(guān)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(mǎn)足不了要求， 這就要求我們告知元器件生產(chǎn)廠(chǎng)家加以定制。 元器件 生產(chǎn)廠(chǎng)家往往會(huì )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(shí)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(kāi)關(guān)柜使用場(chǎng)所的環(huán)境條件，為了防止 發(fā)生凝露，我們可以在開(kāi)關(guān)柜中加入帶自動(dòng)控制的加熱器。

2.3 五防聯(lián)鎖功能

為了防止現場(chǎng)操作人員無(wú)意識地實(shí)施錯誤的操作， 從而導致事故， 除了加強對操作人員 的培訓以及實(shí)施工作票制度， 我們還應在開(kāi)關(guān)柜的設計中加入強制聯(lián)鎖裝置或采取提示性措 施。對于開(kāi)關(guān)柜而言，需提供五種防止誤操作功能

1)防止誤分誤合斷路器

對于有人值守的變電站， 可采用不同編號的紅綠翻牌來(lái)實(shí)現。 即每臺斷路器均對應唯一 編號的紅綠翻牌，平時(shí)紅綠翻牌置于控制屏上。對于無(wú)人值守的變電站，由于斷路器的分合 均從遠方操作，無(wú)法應用紅綠翻牌方法，只能加入電氣聯(lián)鎖。

2)防止帶負荷分合上下隔離開(kāi)關(guān)或帶負荷推入拉出斷路器手車(chē)。 這一功能一般都采用機械 聯(lián)鎖進(jìn)行強制性聯(lián)鎖。 這一要求的原因是隔離開(kāi)關(guān)和手車(chē)動(dòng)靜觸頭之間不具備分斷和關(guān)合正 常負荷電流的能力。 萬(wàn)一誤操作， 會(huì )燒毀隔離開(kāi)關(guān)和手車(chē)動(dòng)靜觸頭， 事故還可能進(jìn)一步擴大。

3)防止帶電操合接地開(kāi)關(guān)或掛接臨時(shí)接地線(xiàn)。 這一功能要求用機械聯(lián)鎖， 因為它關(guān)系到人 為短路接地。

4)防止帶有臨時(shí)接地線(xiàn)或接地開(kāi)關(guān)合閘時(shí)送電。 這一功能要求用機械聯(lián)鎖， 目的也是為了 防止人為短路接地。

5)防止人誤入帶電間隔。這一功能一般也采用機械聯(lián)鎖，目的是為了防止人員觸電。

綜上所述，為了實(shí)現五防功能，機械聯(lián)鎖必不可少。各種型號的開(kāi)關(guān)柜，如 GG—1A、 XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl 均在機械聯(lián)鎖方面各具特色。多數采用機械零部件傳動(dòng) 方式，一環(huán)扣一環(huán)，除非操作人員用外力將零部件損壞，否則只能按預定程序操作，可靠性 高，但零部件結構復雜，對加工工藝要求較高。有時(shí)，我們也可采用機械程序鎖方式，結構 非常簡(jiǎn)單，但由于存在萬(wàn)能鑰匙，很難完全避免操作人員誤操作。而且，這一方式無(wú)法適應 無(wú)人值守變電站的要求。在萬(wàn)不得已的情況下，如不帶斷路器的進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜中，我們只能采 用電磁鎖方式，由于電磁鎖、分壓瓷瓶和導線(xiàn)均有損壞的可能，還需外部電源供電，可靠性 差。至于高壓帶電顯示裝置，只能算是提示性措施，毫無(wú)可靠性可言，一般不推薦使用。當 然，運行人員要想通過(guò)高壓帶電顯示裝置來(lái)了解哪段主回路在帶電運行，又另當別論。

2.4 關(guān)于防護等級

為了防止人體接近高壓開(kāi)關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運動(dòng)部分， 在設計開(kāi)關(guān)柜時(shí)， 我們 應考慮要達到幾級防護等級，防護等級分類(lèi)如表 2。

設計時(shí)我們要注意隨著(zhù)防護等級的提高，生產(chǎn)成本相應提高，散熱條件變差，所以不能追求 高的防護等級，一般以 IP3X 和 IP4X 為宜。

2.5 動(dòng)穩定

在電力系統中，開(kāi)關(guān)柜通常要能承受 20kA，31.5kA，40kA 甚至 50kA 的額定短路開(kāi)斷電 流，當開(kāi)關(guān)柜中通過(guò)如此大的電流時(shí)，相間及同相母線(xiàn)之間會(huì )產(chǎn)生很大的電動(dòng)力。這時(shí)，我 們需借助支撐絕緣子的支撐，使母線(xiàn)不會(huì )產(chǎn)生明顯位移。一般而言，兩個(gè)絕緣子之間的距離 不應超過(guò) 800 毫米，對于某些薄弱環(huán)節還應給予加強。由于動(dòng)穩定的理論計算極其復雜，一 般設計時(shí)需依靠設計者的經(jīng)驗，最終需通過(guò)型式試驗加以檢驗。

2.6 溫升

電力系統中開(kāi)關(guān)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(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到柜外，所以導致柜內溫度升高。若溫度超過(guò) 以下極限值，便會(huì )燒毀元器件，釀成事故。

表3

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(lián)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?？梢哉f(shuō)，運行中發(fā)生事故 的絕大多數開(kāi)關(guān)柜都是由于制造工藝不過(guò)關(guān)，從而導致溫升過(guò)高引發(fā)的。當然，在結構設計 中，我們要極力避免渦流現象的發(fā)生，實(shí)在無(wú)法避免時(shí)，可采用磁阻率高的材料。

3 結束語(yǔ)

實(shí)際工作中，我深深感到開(kāi)關(guān)柜的設計深度永無(wú)止境，有時(shí)，我們根本無(wú)法從理論上加 以論證分析，只能求助于經(jīng)驗，求助于型式試驗，這也許是每門(mén)學(xué)科發(fā)展的現狀，也是它得 以發(fā)展的根本原因。