10kV配电开关柜的设计应用问题及对策

余永松

（浙江迪思威电气股份有限公司，浙江 衢州 324000）

在现代社会经济的发展过程中，工业化水平和居民生活水平大幅度提高，对于电力的运用和依赖性也越来越高，对电力设备的质量和工作效率的要求也更高。在现阶段，10kV配网系统的应用非常广泛，同样的高压开关柜的应用也很普遍。高压开关柜作为电力系统中的重要部分，其性能对10kV配网的运行具有重要意义。在实际的应用中，高压开关柜普遍可以达到现阶段的基本工作，但是也存在一些问题。这些问题对电网的安全性、稳定性都造成了不良影响，分析其问题并出具相关的对策，对于10kV配电高压开关的设计改进具有重要意义。

1 目前我国主流的开关柜结构

10kV配电系统高压开关柜由多种部件构成，如图1。10kV配电系统高压开关柜拥有众多的辅助部件，对10kV配电系统高压开关柜整体的使用性能具有重要影响。因此，加强对开关柜的设计十分必要。在长期使用中发现，10kV配电系统高压开关柜的设计多有不合理之处，导致操作性能有缺陷，甚至有无法正常工作的情况。

2 10kV高压开关柜的作用

10kV电网系统的主要作用在于通过对正常的线路进行开启、闭合、断开，以及保证正常的电力运输及电力负荷比例的控制，保障及控制发电系统的有效运行。在电力系统出现故障时，对故障源进行有效的隔离，保障正常的供电渠道继续有效的运行。正常的运行维护工作中，可以对电路进行分隔控制。维修和故障排除过程中，可以确保其能安全可靠的接地，确保线路与设备的运行以及维修人员的人身安全。对运行中的供电系统，要使其能够随时测出10kV供电系统的电压及电流相关参数的指标，一旦超出正常的范围，即发出警报。

图1 高压开关柜结构图

3 10kV开关柜故障的常见因素

3.1 绝缘因素

为增加电网的安全性10kV以下的设备在一般情况下，使用绝缘层加载在主回路或可联络强作用的铜排上，而10kV以上的高负荷超强度的工作环境之下，常常会导致绝缘层老化，难以形成对铜排的保护，进而引发安全事故。

3.2 安装、检修、维护隐患

在安装过程中，也很有可能出现电缆的绝缘层损坏，电缆头内气体未能完全排除，电线屏蔽层因接地性能不好形成环流等不安全隐患，在安装过程中还要提高工艺水平，主要是不能发生柜内短路的现象；在检查工作中必须固定好连接螺丝，避免发生停电事故。

3.3 质量原因

生产厂家在生产过程中，由于在质量把控上的力度不足，导致商品的质量存在问题。影响在后续工作中的使用。如质量不好的隔离触头，不时因接触不良进而引起电弧故障，电力系统主要在潮湿的环境中运行，多尘复杂的工作环境中，绝缘部件很容易老化，特别是部分性能差的绝缘子在输电过程中出现猛烈爬电的现象，对供电安全直接构成了威胁。

3.4 五防隐患

五防措施主要用来判断设备是否带电。闭锁后网门电磁锁；隔离、控制、接地3处的开关以及网门之间闭锁的机械连锁；用在高压开关柜中的操作步骤之间相互关联的程序锁。这3者是基本问题的根源，在工作中需要这3者共同配合来弥补系统的缺点和不足，但是也很好的完成五防的逻辑，这种情况在一定程度上增加了联锁的重复使用和维护的难度。

3.5 操作因素

10kV开关柜断路器，在高电压和大电流的工作环境中对设备的主要影响有：当短路电流经过开关时，会导致机械强度低的开关柜中的开关与柜体发生位移，触头之间的电阻爆炸的概率增强。触头之间的相互摩擦，易使触头之间的间距增大，造成触头接触不良；不正常操作中的拒动和误动，也会导致结构的完整性遭到破坏。

4 10kV开关柜设计的要点

4.1 保证安全净距

在设计时，所有的元器件特别是无绝缘材料保护的元器件都能够保持相应的安全净距，保证这些带电元器件能够有安全合理的间隔，元器件的距离要保持合理化，以免因相互影响而造成电路短路。对电力系统起到保护的作用，避免引起电力系统发生故障。根据相关的要求，高压配电在利用空气作为绝缘介质时，在海拔1000m以上，就要保持开关柜相与相之间的距离在125mm之上，这样的情况在开关柜的空间中很难保证安全净距。在此情况下就要使用其它的材料，如绝缘热缩材料或者DMC、SMC之类的绝缘板，但是要警惕的问题是：热缩材料要保证绝缘距离在80mm以上。绝缘板要保持导体与板材之间在15mm以上的间隙，同时需要加强维护和检查。如果柜壳与导流体的距离过近时，应使用穿墙套管，如果是非标柜体，则不能使用此方法。

4.2 五防连锁

避免断路器在工作中被误分或者误合，严禁隔离开关在带电负荷状态下被分合与推拉，在10kV高压开关柜中使用五防连锁，也为了避免接地开关在带电状态下操合，以保证10kV高压开关柜在工作中的安全性与可靠性。在设计中也要遵循这些原则。当前生产商提供的产品中，很多的开关柜都达到了相关的生产标准，功能上和作用方面表现良好，高压开关柜工作的可靠性和安全性得到增强。

4.3 爬电距离控制

根据不同绝缘污秽等级以及实验技术条件的规定和要求，对开关柜的爬电距离做出明确的规定。一般情况下，组价和绝缘件之间的绝缘比距应大于18mm/kV，如果采用有机绝缘的方式，就要保证绝缘比距高于20mm。绝缘要求的增加为厂家和设计带来一定难度，因此在元件制造中需要定做，为满足相关的要求往往采用加高或加大裙边的做法，在一定程度上保证生产元器件符合相关要求。此外，还应当尝试设计利用加热器等部件。

5 10kV开关柜中的元器件选用

5.1 开关柜主母线及分支母线

在母线的规格选用中，必须要保证母线符合额定电流的相关需要。母线的额定电流在设计中会视情况而定，技术协议中也会有所标注。在选用和设计元器件时，应当确保母线的规格符合要求并保持相当的余量。

5.2 高压真空断路器

这种设备的主要作用是，依靠它实现空载电流接通或断开，也可以应用于负载电流的接通与断开；当整个系统中出现故障时，该装置可以和别的装置共同作用以防止事态扩大，提高供电系统的安全性；利用该设备还能形成防跳继电器，使系统拥有防跳作用。

5.3 电流互感器

为了保证设备的工作性能，同时也为保证工作人员的安全。如果绝缘层被破坏，进而导致高压击穿绕组，这时要确保高压导向大地，保证绕组处于低压状态。在设计中一定要注重接地设计，最后应当选择合理的互感器形式。

5.4 电压互感器

在系统正常运行时，一次绕组将处于高压状态下，如果与二次绕组之间的高低压绝缘件被击穿，就会受到其他设备的影响，直接威胁到操作人员的安全，也会严重地损坏设备。所以必须要保证二次绕组可以及时将电流导入大地，进行科学有效的接地设置。杜绝二次短路现象的发生，避免因短路而损伤电压互感器，并且需要在二次回路中安装熔断器，并运用合理的接线方法。

6 结语

10kV高压开关柜在电网中发挥着重要作用，但是由于其结构的特性导致设计上存在一定的难度。相对于发达国家的先进技术，我国在此方面的设计研究还处于初期阶段，设计理论和实际的工作环境还不能很好地融合。在高速的电网建设进程中，相关技术人员经过对以往经验的总结和分析，已经积累大量的数据，为10kV高压开关柜的研究设计提供了丰富详实的数据参考和技术资料。

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