浅谈10kV高压开关柜设计的几点体会构建

浅谈10kV高压开关柜设计的几点体会构建

侯磊张恒

（西电宝鸡电气有限公司）

摘要：主要研究10kv高压开关柜设计，分析了10kv高压开关柜的功能、接线与结构，在此基础上，对10kv高压开关柜设计要点进行了讨论。

关键词：10kv高压开关柜；设计

我国国家经济快速发展，工业化与现代化进程加快，电能逐渐成为人们生产生活必备能源，电力供应故障会严重影响群众的生产生活，给社会生产带来巨大的经济损失，因此可靠性成为了电力系统运行最为关注的问题，研究10kv高压开关柜设计问题，对进一步提高电力供应稳定性和可靠性有重要意义。

一、10kv高压开关柜

（一）功能

高压开关柜是电力系统非常关键的设备，直接关系到整个电力系统运行安全性，是电力系统运行的基础维持设备，出现高压开关柜故障，将会导致电力系统故障，近些年电力系统改革逐渐深化，10kv高压开关柜应用更加广泛，而应用过程中也暴露出了一些问题，在长时间运行过程中，受到环境、老化、运行维护以及设计等综合因素的影响，高压开关柜故障频发，影响电力供应和工作人员安全。10kv高压开关柜内主要有负荷开关、隔离开关、接地开关、互感器、站用变电压以及其他测量、控制、保护、调节装置，内部结构十分复杂，除了各种电力系统元器件，还有各种中间件、内部附件、连接件和支持件。10kv高压开关柜内部以空气、复合绝缘材料为介质，用于实现电网电能的接受与分配。10kv开关柜的设计工作对开关柜运行安全性、稳定性和可靠性直接相关，通过对设计方案的优化调整，能够进一步降低10kv开关柜运行过程中的故障几率。

（二）接线

10kv高压开关柜电力系统并不十分复杂，以连接发电站、变电站、配电线和用户终端为主要功能，需要根据国家规范和行业标准要求接线配置，一般有单双电源和旁路母线两种接线方式。要注意10kv高压开关柜接线接线必须满足系统各方面性能要求，尤其是可靠性与安全性和绝缘性能要求，同时还要确保开关柜各种运行方式都能够正常运转和切换，运行经济性也是设计方案审核的重要指标，要求电力系统运行效率更高，经济效益更好，减少电能损耗，提高变电运行的经济性。现阶段，10kv高压开关柜常见接线方式主要有单电源、双电源、旁路母线、双母线四种。

（三）结构

高压开关柜最常见结构是组装式，因为组装式开关柜安装、改装更加方便，需要变更接线方案时，只需要通过更改个别零部件和接线就能够实现，方便操作。要注意安装高压开关柜时的安全性和经济性问题，10kv高压开关柜内部主要有电缆、断路器、仪表、母线、小母线等几个小室，不同的小室之间相互封闭但是又彼此联系。电缆室内主要放置电气元器件，包括接地开关、避雷器等，断路器室有手车式和固定式两种不同的安装方式，其中手车式也被称作移开式，使用隔离插头连接母线与手车，固定式安装则将分支母线与断路器上下直连。仪表室则安装二次设备，并连接对应二次线路，开关柜各种功能主要通过仪表室内设备实现。母线室内母线要满足动、热和稳定性值要求，小母线室则用于低电压、照明等贯穿高压开关柜的小母线接线。

二、10kV高压开关柜设计要点

（一）绝缘净距

10kv开关柜主要用于三相交流电分配，相间和相对地之间要保持一定的绝缘距离，避免出现短路，威胁电力系统运行安全。设计开关柜时一定要考虑到绝缘净距的问题，单纯使用空气绝缘介质，海拔高度超过1000m10kv相对地、相间至少保持125mm距离，因此需要对开关柜尺寸进行适当调整。

1、绝缘板

在相间、相对地之间插入绝缘板，有助于缩小绝缘净距，插入绝缘板之后，二者之间空气距离至少60mm，设置绝缘间距应该放置在正中间，但是因为绝缘板存在老化问题，所以该方面具体使用存在着一定的限制。

2、热缩套

也可以使用热缩套套住高压带电导体，并保持至少100mm绝缘间距。这种方法和绝缘板类似，也存在着绝缘老化的问题。一般金属封闭高压开关柜选择非金属绝缘板，进一步强化相间、相对地绝缘，减小绝缘距离，但是绝缘隔板的使用也受到环境影响，也存在绝缘老化问题。

3、带电导体改良

国外一种设计理念强调对带电导体的改良，但是改良后带电导体不符合国家标准要求，难以被国内用户接受，并且设计投入偏大，还需要设置硫化床，因此设计中应该尽量使用空气绝缘方法。

（二）爬电间距

电力系统对运行可靠性要求很高，布置组件与绝缘支撑件需要满足外绝缘爬电比距要求，纯瓷器绝缘件18mm/kv，有机绝缘件20mm/lv，一般元件都难以满足要求，所以需要和制造厂商取得联系，提出设计要求进行定制。考虑到元器件生产厂家并不会选择增加绝缘子高度的方式，而是增加或增多裙边，所以选择元器件时要对裙边进行检查，避免比例过于悬殊。同时在选择开关柜时，也要考虑到使用场合与周围环境，避免周边环境对开关柜造成影响，尤其是要注意避免出现凝露现象。

（三）五防联锁

人的失误对开关柜运行安全影响最大。为避免工作人员失误引起事故，日常工作中要注意进一步加强对操作人员的培训，严格落实工作票制度，还可以在开关柜中添加强制性联锁装置，或者在醒目位置绘制提示标志。

1、断路器误操作防护

变电站有有人值守和无人值守两种形式，有人值守变电站需要将断路器按照不同颜色编号进行划分，每一个断路器都对应唯一的红绿翻牌。无人值守变电站断路器远程操控，无法红绿翻牌，可以使用电气连锁。

2、带电负荷失控预防

带电负荷、隔离开关以及其他带电负荷都会对断路器手车造成影响。最常见的解决方法是机械强制性连锁，避免隔离开关与手动车断路器无法分断负荷电流，如果操作失控，可能会烧毁隔离开关、断路器手车，甚至导致故障进一步扩大。

3、防止带电操作接通接地开关和临时地线

接地开关与临时地线是员工误操作的多发部位，需要设置机械连锁，避免误操作引起安全事故，威胁工作人员与设备安全。

4、临时接地与接地开关接通合闸送电

也需要设置机械连锁，同样为误操作多发部位。

5、带电间隔误入

同样也设置机械连锁，防止工作人员误入带电间隔，发生触电事故。

五防联锁是重要的安全措施，在预防误操作事故中发挥着关键性的作用。型号不同的开关柜连锁装置也不尽相同，大部分都是机械传动，互相连接互相制约，需要根据既定规范执行操作，运行可靠性很高，但是结构形式也比较复杂，对加工工艺和精度要求比较苛刻。

结语：

10kv高压开关柜设计中有很多细节需要注意，不能依赖纯理论方法来解决，也要重视和实践经验与实际情况的结合，在积极学习西方先进技术的同时，注意和国家与行业标准技术规范的协调，才能够更好的满足设计性能需求。

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