10kV高压开关柜结构设计分析

10kV高压开关柜结构设计分析

林蔚

广东正超电气有限公司广东汕头515041

摘要：电能是人们日常生产生活中必不可少的能源之一，电力输送特别是高压电力输送的安全性和可靠性是电力行业关注的重点。基于此，本文对10kV高压开关柜的结构进行了分析，并且探究了10kV高压开关柜的结构优化设计方案。

关键词：高压开关柜；运转车；凸轮装置；安全净距

引言

10kV高压开关柜是电力系统中应用较为广泛的设备，可以根据用户的不同需求，对电力资源进行管理。但是，在实际应用期间，电力系统内部的主流运转车结构性能、成本以及加工过程等方面的因素，会影响到10kV高压开关柜的实际运行，通过对二者的内在联系进行分析，有利于设计出更可靠的10kV高压开关柜结构设计方案，推动国家电力事业发展壮大。

一、10kV高压开关柜结构分析

从当前我国电力系统的发展状况进行分析可以看出，高压开关柜的主要模式为结构组装模式。结构组装模式的开关柜安装过程简便，并且各个部位的灵活性较强。组装式结构柜的安装可以根据实际情况对内部的小组件进行改装，从而满足不同的使用需求。通过对10kV高压开关柜的结构进行分析可以看出，实际组成主要包括了断路器室、电缆室、母线室、小母线室和仪表室等五个组成部分。这些部分相互独立，但是彼此之间又有内在联系。以电缆室为例，电缆室内的主要部件为电缆，同时还包括部分电气元件，电器元件主要为避雷装置和开关装置。二次元件则安装在仪表室内，通过对二次元件进行分析的方式可以实现开关柜功能的精准控制。断路器室主要安装的是断路器，断路器的安装方式包括了手车式和固定式两种不同的方式，手车式更稳定，固定式成本更低[1]。

二、10kV高压开关柜结构优化设计方案

（一）主流运转车结构性能分析

1主要结构形式

10kV高压开关柜主要包括了两种不同的结构类型，即螺杆式结构类型和挂钩式结构类型，为了对高压开关柜的结构进行优化设计，要明确两种不同结构类型的实际差异：

（1）螺杆式结构类型。螺杆式结构类型的运转车模式中，运转车、柜体之间相互连接依靠的是螺杆，且柜体内的进出断路器手车都是通过螺杆传动的方式实现的。受到螺杆装置驱动的影响，运转车在实际的运行中，会实现断路器手车随着运转车的上升和下降产生相应位置变化，螺杆式结构类型的运转车代表为西门子中置柜运转车。

（2）挂钩式结构类型。挂钩式结构类型主要是柜体、运转车和连接导管通过挂钩的方式实现连接。在操作中要使用手轮进行调节，这一方式可以实现运转车导轨面、柜体导轨面一致协调。因为运转车内没有提升机构，所以防止短路器手车的操作以及运转车的操作都需要依靠人工进行，随后断路器手车进出会经过运转车，ABB中置柜运转车是挂钩式结构类型运转车的代表[2]。

2结构特点分析

螺杆式结构类型和挂钩式结构类型的运转车均有各自的优势和不足。与挂钩式运转车结构相比，螺杆式结构类型的优势更明显，这一结构类型可以让配电系统稳定运转。但是，从当前的国内10kV高压开关柜的发展状况进行分析，可以看出螺杆式运转车还没有在国内电力生产领域广泛地普及应用，究其原因在于螺杆式类型结构运转车的成本较高，并且结构相对复杂，其加工过程较为繁复，并且与其他开关柜配套设备组装流畅度不足。生产这类型的运转车会增加企业的压力，人力、物力和财力方面的投入都会大大增加，时间成本也相对较高。

与之相比，挂钩式结构类型运转车虽然功能性相对较差，但是实际的生产和加工成本较低，工作人员在生产这种类型的运转车时不需要投入大量的时间和精力，受到了更多生产企业的欢迎。但是，挂钩式结构类型的设计上存在着一些不足，会对配电系统的正常运转产生妨碍，并且这一结构类型的运转车后期运营中会产生大量的维护工作，容易引发不正常断电问题。

（二）10kV高压开关柜结构设计要点

1.导轨可靠相连

随着10kV高压开关柜应用范围不断扩大，对其结构进行设计优化显得十分重要，根据前文分析得出的运转车运行特点，可得出若想确保消除10kV高压开关柜和运转车之间的连接空隙，就需要二者导轨可靠相连，这一方法可以降低导管的撞击力，保证运转车安全运行。

2.安装凸轮装置

在进行系统设计中，若能安装凸轮装置，可借助摩擦自锁原理锁定运转车。这一环节的设计原理具体为：锁定装置触发前，可以使用弹簧装置将挂钩与开关柜相互隔离，这样一来能为挂钩顺利与10kV高压开关柜相连提供便利。安装好凸轮装置后，使其逆时针旋转，可以使运转车可开关柜之间形成连锁纵向力，极大地消除二者之间的间隙。这时，还能实现断路器拉出，减少因为超过间隙而产生的冲击力，同时也提高了开关柜操作的便捷程度。此外，还可以在挂钩转轴的位置增加腰型孔，从而降低因为外力作用而产生的转轴变形可能性。

3.设置安全净距

10kV高压开关柜的结构设计中或多或少都会涉及到裸露的电子元件。对此，技术人员要在进行设计的过程中，设置不同电子元件之间的安全净距，以免产生电力系统短路问题，提高电力系统整体运行的安全性。并且，设计人员在设计中要严格地按照相关的技术标准进行操作，比如，针对海拔超过了1km的10kV高压开关柜，要确保电子元件的安全净距在12.5cm以上。若电力系统配电室内的空间较为有限，则可以分析是否可以通过缩小开关柜尺寸的方式，达到各部分电子元件绝缘的效果。技术人员还要定期对10kV高压开关柜的各部分情况进行检查，确保高压开关柜始终在正常的运转状态当中。

4.增加调整垫

通过增加调整垫的方式，也可以减少挂钩和凸轮之间的间隙。受到摩擦作用的影响，开关柜在长时间使用过程中，挂钩和凸轮之间会产生较大间隙问题，从而削弱了锁定效果。若要从根本上解决这一问题，就要在进行10kV高压开关柜的设计中，增加调整垫。当增加了调整垫之后，挂钩和凸轮之间的间隙就会降低，高压开关柜的使用安全性便会随之增加。

5.五防连锁装置

除了上述方法之外，在进行设计中，还可以采用五防连锁装置的方式，将机械连锁与机械程序连锁纳入到结构设计中，可有效地防止断路器失效或者人员误入产生问题。若操作人员误入带电隔离室，可能会进一步引发系统临时接地和操作开关会直接接地等问题。机械连锁模式主要是按照既定的操作流程，提高系统高压开关整体稳定性，这一方法较为可靠；机械程序模式主要的结构形式更为简单，但是人工操作中可能会出现失误。所以，当对10kV高压开关柜的结构进行优化设计中，工作人员要根据具体的要求，合理地选择不同的五防连锁装置，达到结构优化的目标。

三、结语

综上所述，10kV高压开关柜结构设计人员要根据国家相关标准和客户需求进行操作，只有这样才能提高使用过程的安全性与合理性。通过本文的研究可以得出，在10kV高压开关柜设计中参考主流运转车的类型和实际与运行特点，可完成设计改进，优化系统整体性能。

参考文献：

[1]沈霞.10kV配电系统高压开关柜结构设计改进[J].科技展望，2016，26（27）：91.

[2]叶剑涛.6～10kV配电系统高压开关柜结构设计的改进对策[J].企业技术开发，2016，35（20）：23-24.