10kV高压开关柜设计注意要点

2016-08-15石维东

现代商贸工业 2016年1期

石维东

(江苏南瑞帕威尔电气有限公司，江苏南京 210000)

10kV高压开关柜在电力系统中应用比较广，在电力系统中主要用于对电能的输送和分配的作用，是电力系统运行的重要设备之一，在实际的应用中，由于电力用户要求和开关柜生产厂家的不同，造成开关柜的设计种类繁多，这就会带来设计产品的不一致，产品质量难以控制，最终将会导致电力系统的正常运行的控制不稳定，因此，统一并且不断改进开关柜的设计是非常值得的，本文就目前的开关柜设计注意要点，以及个人的设计体会进行探讨，以求共进。

1 10kV高压开关柜设计的注意要点

1.1 安全净距

绝缘安全距离是高压开关柜设计中必须注意的重点，目前绝缘安全距离包括两个方面，一方面开关柜中三相带电导体之间要不小于相关规定的安全距离，同时带电导体与其他金属安装板之间也应满足一定的安全距离要求，另一方面带电三相导体对地也应保证一定的绝缘安全距离；只有保证了以上两方面绝缘距离的要求，才可以保证电路不出现因高压放电带来的短路问题；根据目前电力标准和国网十八项反措要求规定，单纯以空气作为绝缘介质的金属封闭开关柜或控制设备，且开关设备或控制设备应用在海拔为1000米以下的情况，三相之间以及相对地之间最小的空气绝缘距离为不小于125mm，同时带电体到门最小间距应不小于155mm，如果开关设备或控制设备应用于高海拔(即大于1000米)地区时，绝缘安全距离要根据相关标准进行加以修正系数；在实际的工程应用中，会经常出现由于放置开关柜设备建设厂地面积的限制，需要将部分开关柜的尺寸减小，由此将导致开关柜内的绝缘安全距离不够，为了解决此种问题，设计中经常采用以空气和绝缘板组成的复合绝缘作为绝缘介质方式进行，但此种复合绝缘要求绝缘隔板到带电体之间的最小空气间隙不小于30mm，而绝缘隔板由于受到周围空气湿度的影响，如果空气湿度较大，会出现隔板带有凝露现象，进而导致绝缘隔板与带电导体之间产生放电现象，为了避免此现象发生一般在开关柜内设计放置加热器或者驱潮器来控制内部潮湿度，同时绝缘隔板随着使用时间的加长，隔板会出现老化问题，隔板的强度和绝缘性会下降，因此需进行定期的巡检和保养，所以建议复合绝缘在条件允许的情况下最好不选用。

1.2 爬电距离

随着我国电力系统的发展，电力系统用户对系统的可靠性提出更高的要求，根据绝缘污秽等级和实验技术条件的规定和要求，开关柜内一次回路中的元件，应满足相之间以及相对地的绝缘，元件通常通过各类的绝缘件进行支撑，绝缘件要求满足一定的绝缘水平外，还应具有在一定的污秽等级下具有良好绝缘爬电距离；一般正常环境中使用，污秽等级为II级，对于10kV高压开关柜内的绝缘件一般推荐的爬电比距为：≥18mm/kV(对瓷质绝缘)和≥20mm/kV(对有机绝缘)。目前生产绝缘件的厂家的通过改变绝缘件伞裙的数量和伞裙的高度来增大爬电距离，但为了安装和后期维护方便，一般绝缘件的安装外形尺寸不变；目前10kV高压开关柜内的绝缘件已经是成熟的产品，但市场上由于生产厂家的生产工艺以及所用材质的不同，导致绝缘件的绝缘水平和爬电距离也不尽相同，所以在设计要求时一定要明确绝缘件的污秽等级、爬电距离等技术要求，且严格控制绝缘件的质量检测，以此提高绝缘件的可靠性。

1．3 开关柜五防闭锁

为了保证电力网安全运行，确保设备和人身安全，防止误操作，高压开关设备“五防”闭锁设计在高压开关设备中尤为重要。统计表明，带负荷拉、合隔离开关，误分误合断路器，带电挂接地线(即往带电母线或设备主回路上挂接地线)，带接地线合隔离开关(即在母线或设备接地时合隔离开关)，工作人员误入带电间隔是最容易出现、危害也最大的五种误操作。因此，对开关设备要设置可靠的联锁和闭锁装置，以保证操作程序的正确性和防止以上五种误操作。这就是所谓的“五防”，即:

(1)防止带负荷分、合隔离开关。

(2)防止误分、误合断路器、负荷开关和接触器。

(3)防止接地开关处在合闸位置时或带接地线关合断路器、负荷开关等。

(4)防止带电时挂接地线或合接地开关。

(5)防止误入带电间隔。

常用的联锁装置可分为两大类:

(1)机械类包括机械联锁装置、程序锁和钥匙盒联锁装置等。

(2)电气类包括电气联锁、电磁锁和高压带电显示装置等。

2 高压开关柜内部故障及压力释放设计

由于金属封闭开关设备柜内元器件的缺陷，或由于工作场所的环境特别恶劣引起的绝缘事故，可能导致柜体隔室内出现电弧，称为内部故障。出现内部故障时，首先要保证人身的安全，其次还要使内部电弧限制在尽可能小的范围内不致波及附近的其他部分；当然，最重要的是避免内部故障的发生。

当金属封闭开关设备内的母线短路时，电弧释放的能量加热气体，使气体压力升高；其次，电弧在回路电动力的作用下从母线的电源侧向负荷侧运动。如果隔室或柜体间密封不严，被加热和游离的气体还会扩散到其他部分，使事故范围不断扩大，严重时还会波及到整组的金属封闭开关设备。

金属封闭开关设备的内部故障问题日益受到重视，10kV开关柜的手车室、母线室、电缆室均需设计与外壳相同的防护等级的压力释放盖，压力释放盖通常采用一边铰链和一边尼龙螺栓的方式固定，同时压力释放盖的释放压力口要求朝向柜后和柜顶方向(即防止人身受到燃弧释放压力的危害)，压力释放盖在正常情况下为关闭状态，当突发燃弧的情况下释放盖能迅速打开，以便尽快释放压力，将事故降低到最小，所以一般要求压力释放装置能尽快地实现抑制故障，快速、安全地排出高温气体及燃烧微粒，并把电弧故障的内部效应限制在本隔室内，不致因燃弧或其他效应在外壳上造成穿孔和破坏接地系统。