24kV高压开关成套设备问题探讨

刘华民，朱波

（温州开元集团有限公司，浙江 温州 325028）

24kV高压开关成套设备问题探讨

刘华民，朱波

（温州开元集团有限公司，浙江 温州 325028）

随着我国工业化进程的不断加快，经济的不断发展，电力已成为生产和日常生活中不可或缺的能源，降低价格和输电的安全是当前电力行业的一个重要问题。其中，24kV高压开关是高压配电网中的一套重要设备，其质量将直接影响电力系统运行的安全性和供电的可用性，因此，对24kV高压开关的设计，要保证结构的合理性，对最重要的高压开关设计方法进行研究和分析。

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目前的24kV高压开关柜已广泛应用于电力系统中，根据客户的相关要求可以进行调整，在实际应用过程中，满足不同客户的需要，这就要求在设计过程中根据国家相关标准，合理设计，保证其使用的安全性。

1 24kV高压开关柜概况

24kV高压开关柜的电力系统不十分复杂，相对来说，其主要功能是连接到发电厂、变电站、配电线路、用户终端成一个整体，是根据国家有关法律法规配置的，可分为旁路总线和内部能源等。必须对电力系统方式注意以下几个方面：系统各方面的要求必须满足，重要的是注意系统的可靠性的要求；它可以保证其在各种模式下的功能；此外，为了保证经营的经济性，实际上要把它作为优先考虑，考虑经营或电力建设的经济性。电力系统中有四种常见的接线：双电源供电方式、旁路-总线模式、双总线模式、和内部供电方式。

2 24kV高压开关柜概况

24kV高压开关柜主要由接地开关、隔离开关、高压断路器、负荷开关、变压器、高压熔断器、继电器和互感器等组成，以及相应的控制、保护、调节装置、内部附件、配套件和连接件。24kV高压开关柜主要功能是接受和向电网分配电能，绝缘介质通常是复合绝缘材料或空气。根据客户的要求，根据国家相关标准设计的24kV高压开关柜，能够较好的防止高压开关柜运行中的事故现象，是非常重要的。

3 24kV高压开关柜结构设计

高压开关柜中的常见结构是组装式，在高压开关柜的布置过程中，不仅要考虑其经济性，还应提供安全性。小零件根据实际情况的变化，可以达到不同方案变化的目的，方便快捷的变化，并且装配开关柜容易对结构进行加工。24kV高压开关柜包括：断路器室、仪表室、母线室、电缆室，相互独立，但也有着密切的联系。除电缆外的一些一次电气元件在电缆室内安装，主要有避雷结构和接地开关等设备。母线室：母线的强度和尺寸满足规定的热稳定性和动稳定要求。仪表室：实现控制开关的不同功能，由二次控制元件和辅助元件的组成的各功能回路；断路器室：在本质上具有两种安装方式，在可移动手车上安装断路器称为移动安装方式，这种安装方式柜体和手车通过一对隔离的动静触头进行一、二次连接的，而固定安装主母线直接和断路器上的上、下出线座连接。

4 24kV高压开关柜设计关键问题探讨

4.1 安全净距

所有外露的电气元件之间在高压开关柜的设计过程中应该有一个安全的距离，包括相间的和相对地的间隙，否则会出现短路故障，对整个电力系统的运行会造成一定的损害。当绝缘介质和高度小于1000米时，根据相关的功率值的标准，24kV高压开关柜的相间的安全间隙距离不宜小于180mm。当高度大于1000m时，应校正相应的绝缘距离。

高压开关成套设备受高海拔地区气候条件影响如下。

（1）对电气开关装置的灭弧性能的影响。空气介质灭弧的开关电器灭弧性能随空气密度或空气压力的降低而降低，电寿命缩和短通断能力下降。①随海拔升高或气压降低，直流与交流电弧的飞弧距离增加。开关功率降低，寿命缩短；②随气压降低或海拔升高，直流电弧的燃弧时间延长。

（2）介质强度对结构的影响。随着空气压力或空气密度的下降，外绝缘的强度会下降；此外，低气压将降低外绝缘的强度和配电系统操作人员的安全，直接导致绝缘破坏和其他安全事故的发生。

（3）产品性能和力学结构的影响结论：低浓度、低密度、多孔材料的化学和物理变化将发生；压力容器的压力的变化有可能导致压力容器的断裂。塑料制品中润滑剂的加速蒸发和软化剂的挥发；内部和外部压差增加了密封容器内液体或气体泄漏的可能性，间接影响电气性能。

（4）对介质冷却效果的影响：对于以强制通风、自然对流或空气散热器为主要散热方式的电气产品，由于散热能力的降低，温度升高。空气介质的冷却效果降低。

（5）影响无放电电压和电晕：电晕起始电压降低，在第一高压电机的电压降低时，一个严重的问题是电晕的腐蚀。降低了第一次放电的张力，降低了电力电容器的内部气压。减少导体腔的张力会导致频率不放电的电源电压的降低。

（6）影响电气间隙分布电压：配电电压随着气压的降低而减小，电气产品的采用在方案后固定。考虑到电阻，增加了电气分配的批准。

当受配电室的限制时，需要降低高压开关设备的集成。如果绝缘距离没有达到，应采取有效措施解决问题，如高压绝缘热收缩、使用DMC绝缘等复合绝缘。在使用这些材料时，会存在一些以下的问题：在实际应用过程中，单纯以空气作为绝缘介质时，相间和相对地的最小空气间隙24 kV高压开关柜不能小于180mm，此外，使用复合绝缘的绝缘强度将逐渐老化，因此，有必要对其正常运行进行定期检查和维护。当使用SMC绝缘隔板、DMC时，并且24kV高压开关柜的绝缘板和带电裸导线之间的间隙不小于45mm时，随着时间的推移，相应的绝缘隔板的绝缘强度会逐渐减少，因此需要定期检查和修理。应尽可能在设计过程中制定相应的安全距离标准（如表1）。

超高压输电的另一个突出问题是电晕和无线电干扰是高空输电和配电系统运营商。随高度的增高，线路导线和电气设备的电晕起始电压下降，但也受湿度的影响，湿度越高，在一定的湿度下，电晕电压越低。电晕不仅会增加电源失效的可能性，而且会加速绝缘的老化作用。

表1 安全净距具体要求

4.2 爬电距离

根据有关规定，对于爬电距离的要求，高压开关设备内外绝缘件的最小标称爬电比距为；瓷质大于等于18mm/kV和有机大于等于20mm/kV。这种要求相对较高，相对来说，这一要求许多传统元件不能很好的满足，因此应改进零部件的爬电距离，制造商不会提高绝缘的高度，而是增加裙边的爬距，以确保部件符合相应的要求。此外，高压开关柜中使用场所的环境因素应注意。为了防止结露现象，将带有自动控制的感应探头加到高压开关柜中进行安全操作。

4.3 五防联锁

五防联锁在24kV高压开关柜中的要求是：合隔离开关、防止带负荷分、防止误合断路器、防止带电挂(合)接地线(接地开关)、防止误分；防止带接地线(开关)合闸；防止误入带电间隔。通常优先在机械链的模式中使用这种功能，主要通过机械零件的转移，一个环靠近一个环，除非有关操作方式已被外力损坏，否则，只要根据相应的操作过程，操作程序，可靠性很高，但加工工艺的要求非常高，元件的内部结构更加复杂。此外，可以考虑使用机械式锁的方式，该方法的结构相对简单，但由于有通用的键，很难进行相应的操作人员的错误操作，这样就不会以这种方式在无人值守的变电站使用。对于一个载人变电站，可以使用不同数量的红色和绿色运行，即任何断路器对应于一个独特的红色和绿色曲线，在相应的控制屏幕上显示普通的时间红色和绿色卡。对运行中的操作采用电气闭锁，对于变电站无人值守的安装。

4.4 关于防护等级

为了防止高压带电机柜的高压带电部分并触摸动作部分有人体接近，保护水平在设计中充分考虑到了相关保护级别的等级（如表2所示）。随着保护水平的提高，在实际的设计过程中，相关成本也将得到提高，散热条件也将很差，不仅仅是运动水平的保护，通常选择IP3x和IP4x是最好的。

表2 防护等级与具体要求

4.5 动稳定

高压开关柜通常至少可以承受20kA，在电力系统中，甚至50kA短路电流开断以及对应的动稳定电流，当相关的高压开关柜有这样大电流通过，导致了大量电磁感应在相和相母线之间产生剧烈的震动。此时，开关柜应受相应短时动稳定电流，通常，两个绝缘子之间的距离不应超过800mm，母线不会出现明显的偏差现象，在一些薄弱的关系中也应加强。

5 结语

电力系统中的一个重要问题是电力系统的安全运行，24kV高压开关柜作为电力系统中的一个重要设备，为有效运行24kV高压，有效地保护配电网供电提供可靠性。随着科学技术、新材料和新技术的不断发展，将增加24kV高压开关柜的设计合理与可靠性，使设计人员需要采用科学有效的方法设计，总结经验，确保高压开关柜的结构符合安全要求的标准。

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