摘要：探討了 l0kV 高壓開關(guān)柜設(shè)計(jì)中關(guān)于絕緣距離、爬電距離、五防聯(lián)鎖功能、防護(hù)等級(jí)、 動(dòng)穩(wěn)定和溫升問題。

1 概述

在電力系統(tǒng)中，l0kV 高壓開關(guān)柜的應(yīng)用極其廣泛。由于電力系統(tǒng)用戶的需求五花八門， 作為制造廠家，我們不得不針對(duì)用戶的需求，為用戶量身定做。這就要求我們必須真正深刻 地理解相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)柜型的設(shè)計(jì)要求。在十年的設(shè)計(jì)生涯中，對(duì)開關(guān)柜 的設(shè)計(jì)有了一些體會(huì)，現(xiàn)在寫出來與大家一探討，以求共同進(jìn)步。

2 幾點(diǎn)體會(huì)

2.1 絕緣距離

由于 10kV 開關(guān)柜用于對(duì)三相交流電進(jìn)行分配，因此相間及相對(duì)地之間必須保證一定的 距離，否則會(huì)引起短路，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)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(duì)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(yīng)設(shè)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，存在絕緣老化的問題。

2)使用熱縮套管把高壓帶電導(dǎo)體整個(gè)套起來， 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題。

3)國外 ABB 公司有一種均勻電場的設(shè)計(jì)理論， 可以通過改善帶電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)來縮小對(duì)絕緣 距離的要求。缺點(diǎn)是國內(nèi)電力系統(tǒng)用戶很難接受這一理論，因?yàn)檫@不符合 DI/T 404—1997 標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(shè)備。

綜上所述，在設(shè)計(jì)許可的情況下，盡可能地使用空氣絕緣，滿足表 1 的要求。

2.2 爬電距離 由于電力系統(tǒng)用戶往往追求高可靠性， 實(shí)踐中我們要符合以下條件： 高壓開關(guān)柜中各組 件及其支持絕緣件(純瓷及有機(jī)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(duì)于純瓷絕緣為 18mm/kV， 對(duì)于有機(jī)絕緣為 20mm/kV。 由于這一要求比較高， 很多常規(guī)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(chǎn)廠家加以定制。 元器件 生產(chǎn)廠家往往會(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(yīng)注意開關(guān)柜使用場所的環(huán)境條件，為了防止 發(fā)生凝露，我們可以在開關(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(xiàn)場操作人員無意識(shí)地實(shí)施錯(cuò)誤的操作， 從而導(dǎo)致事故， 除了加強(qiáng)對(duì)操作人員 的培訓(xùn)以及實(shí)施工作票制度， 我們還應(yīng)在開關(guān)柜的設(shè)計(jì)中加入強(qiáng)制聯(lián)鎖裝置或采取提示性措 施。對(duì)于開關(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(duì)于有人值守的變電站， 可采用不同編號(hào)的紅綠翻牌來實(shí)現(xiàn)。 即每臺(tái)斷路器均對(duì)應(yīng)唯一 編號(hào)的紅綠翻牌，平時(shí)紅綠翻牌置于控制屏上。對(duì)于無人值守的變電站，由于斷路器的分合 均從遠(yuǎn)方操作，無法應(yīng)用紅綠翻牌方法，只能加入電氣聯(lián)鎖。

2)防止帶負(fù)荷分合上下隔離開關(guān)或帶負(fù)荷推入拉出斷路器手車。 這一功能一般都采用機(jī)械 聯(lián)鎖進(jìn)行強(qiáng)制性聯(lián)鎖。 這一要求的原因是隔離開關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭之間不具備分?jǐn)嗪完P(guān)合正 常負(fù)荷電流的能力。 萬一誤操作， 會(huì)燒毀隔離開關(guān)和手車動(dòng)靜觸頭， 事故還可能進(jìn)一步擴(kuò)大。

3)防止帶電操合接地開關(guān)或掛接臨時(shí)接地線。 這一功能要求用機(jī)械聯(lián)鎖， 因?yàn)樗P(guān)系到人 為短路接地。

4)防止帶有臨時(shí)接地線或接地開關(guān)合閘時(shí)送電。 這一功能要求用機(jī)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(jī)械聯(lián)鎖，目的是為了防止人員觸電。

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)五防功能，機(jī)械聯(lián)鎖必不可少。各種型號(hào)的開關(guān)柜，如 GG—1A、 XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl 均在機(jī)械聯(lián)鎖方面各具特色。多數(shù)采用機(jī)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(yù)定程序操作，可靠性 高，但零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)加工工藝要求較高。有時(shí)，我們也可采用機(jī)械程序鎖方式，結(jié)構(gòu) 非常簡單，但由于存在萬能鑰匙，很難完全避免操作人員誤操作。而且，這一方式無法適應(yīng) 無人值守變電站的要求。在萬不得已的情況下，如不帶斷路器的進(jìn)線開關(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(dǎo)線均有損壞的可能，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，毫無可靠性可言，一般不推薦使用。當(dāng) 然，運(yùn)行人員要想通過高壓帶電顯示裝置來了解哪段主回路在帶電運(yùn)行，又另當(dāng)別論。

2.4 關(guān)于防護(hù)等級(jí)

為了防止人體接近高壓開關(guān)柜的高壓帶電部分和觸及運(yùn)動(dòng)部分， 在設(shè)計(jì)開關(guān)柜時(shí)， 我們應(yīng)考慮要達(dá)到幾級(jí)防護(hù)等級(jí)，防護(hù)等級(jí)分類如表 2。

 
 

設(shè)計(jì)時(shí)我們要注意隨著防護(hù)等級(jí)的提高，生產(chǎn)成本相應(yīng)提高，散熱條件變差，所以不能追求 高的防護(hù)等級(jí)，一般以 IP3X 和 IP4X 為宜。

2.5 動(dòng)穩(wěn)定

在電力系統(tǒng)中，開關(guān)柜通常要能承受 20kA，31.5kA，40kA 甚至 50kA 的額定短路開斷電 流，當(dāng)開關(guān)柜中通過如此大的電流時(shí)，相間及同相母線之間會(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(yīng)超過 800 毫米，對(duì)于某些薄弱環(huán)節(jié)還應(yīng)給予加強(qiáng)。由于動(dòng)穩(wěn)定的理論計(jì)算極其復(fù)雜，一 般設(shè)計(jì)時(shí)需依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)，最終需通過型式試驗(yàn)加以檢驗(yàn)。

2.6 溫升

電力系統(tǒng)中開關(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(nèi)運(yùn)行，他們產(chǎn)生的熱量很難散發(fā)到柜外，所以導(dǎo)致柜內(nèi)溫度升高。若溫度超過以下極限值，便會(huì)燒毀元器件，釀成事故。

表3

為了達(dá)到溫升的限制條件， 我們必須加強(qiáng)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(dǎo)電膏、鍍錫、鍍銀等種種措施，但最終的保證在于制造?？梢哉f，運(yùn)行中發(fā)生事故的絕大多數(shù)開關(guān)柜都是由于制造工藝不過關(guān)，從而導(dǎo)致溫升過高引發(fā)的。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 中，我們要極力避免渦流現(xiàn)象的發(fā)生，實(shí)在無法避免時(shí)，可采用磁阻率高的材料。

3 結(jié)束語

實(shí)際工作中，我深深感到開關(guān)柜的設(shè)計(jì)深度永無止境，有時(shí)，我們根本無法從理論上加 以論證分析，只能求助于經(jīng)驗(yàn)，求助于型式試驗(yàn)，這也許是每門學(xué)科發(fā)展的現(xiàn)狀，也是它得以發(fā)展的根本原因。