开关柜结构设计与制造的分析与实践

雷磊鑫

摘要：开关柜作为一种重要的配电设备，在现代电网、工程建设中发挥着重要作用。如何提高开关柜性能，以满足社会发展需要，是开关柜发展变革的必然趋势。基于此，本文详细分析了开关柜结构设计与制造。

关键词：开关柜;结构设计;制造

開关柜是电力系统中最重要设备之一，合理的设计与制造直接决定着电力系统的稳定性，实现了低成本、高质量的开关柜制造设计，可从制造形式、结构形式、机械制造工艺、电气性能等方面对实际工作进行分析，以降低生产成本，改善开关柜外观质量，确保电气安全，这项工作对成本、产品性能及质量有着重要影响与意义。

一、开关柜简介

开关柜是配电的重要组成部分，在现代电网、工程建设中起着重要作用，所以提高开关柜的结构设计和制造水平已成为发展变革的必然步骤。开关柜柜体是其制造基础，因而其结构不仅要满足柜体本身要求，还要满足各电气单元组合功能条件。

二、开关柜操作要点

开关柜工作时，先安装后封板，关闭前下门，确保接地开关主轴保持分闸状态。用运转车将断路器手车推入开关柜，此时静电插座指示灯亮起，然后关闭开关柜前、中门，将断路器手车位置从试验位置切换到工作位置，最后合闸断路器手车;维护开关柜时，先分闸操作断路器手车，再将断路器手车从工作位置切换到试验位置，开关柜运行指示灯熄灭，试验指示灯亮起。当测试指示灯亮时，打开前中门，拔下二次插头，测试指示灯熄灭，最后将断路器手车推出开关柜，合上接地开关，打开下封板及前下门。

三、开关柜结构与基本工艺特点

1、结构特点。开关柜结构开发中呈现出多种形式，这主要取决于其使用环境、电压等级要求及制造商特点，形成了不同构造特征，但主要有两种构造类型：①抽出式。该开关柜配有开关等主要电气元件的可移装置及固定柜体，因柜体某些部分可互换，开关等重要元件安装在柜体可移动装置部件上，移动件易于更换，移入后定位可靠，因此，需大幅提高其精度，抽出式部件必须具有较高机械强度和精度，并具有足够的调整量。若相同类型规格时可准确互换。②固定式。此形式可确保所有部件牢固安装在柜体中的正确位置。排列时中间不应有凸起，因此，应满足整体外形要求。安装过程中，地基平整较重要，并尽量抵消平整度与柜体横向差值，一旦差值累积，柜体将变形，影响母线连接、组件异位安装、应力集中，甚至电气件使用寿命。因此，排列时安装参考点是地基最高点，安装时，应统一调整易于运输及安装影响部分。

2、加工方式

①焊接。焊接方法加工方便，结构牢固，使用可靠，由于其较牢靠，焊接完后不易调整，还易变形，产生误差等。另外，喷漆也存在一些困难，主要是因开关柜总面积较大，这也会影响开关柜外观。因此，有必要不断提高焊接人员技能及对焊接工艺的熟练度与精度。

②组装。具有工作量小、降低外观处理困难等优点，主要用于构件的一般加工。而且构件外部尺寸不易产生误差，因此可先进行喷涂。然而，这种方法要求零件精度高，成本投入大。

③焊接和装配联合应用。其在一定程度上避免了这两种加工方法的缺点，这两种加工方法的优点集中在一起，能促进开关柜加工技术。可在开关柜连接主要部位用焊接方式，后期根据使用情况需改进部件可用组装方式，有利于后期性能的提高。

3、构件取材分型材和板材。型材包括角钢槽钢，以及特殊钢管与槽钢。大部分角钢槽钢构件以焊接形式连接，加工时，连接端应吻合且少间隙，否则会影响焊缝，增加变形量;特殊钢管构件连接可焊接或紧固件连接，一般接头应配专用联接件，联接件应牢固、正确，否则会影响柜体外观。选用统一特性钢管，在统一面上设置间距（模数）均匀的孔洞，提供统一通用联结件，根据统一模数组合成柜体，以便柜体设计、备制构件、生产准备，但加工孔量多且用的少，空间利用率受到一定限制。板材构件可根据需要定形，无预设成型条件限制。此类结构设计工作量大，定型后变化小，结构主要部件以焊接为主，变异处或需调处以紧固件（如低压控制箱、控制台等）连接为主。

四、开关柜结构设计与制造

1、结构形式的考虑。若事先已确定了开关柜标准，设计者应按国家政策与行业规范完成设计。设计过程中，设计者应考虑使用者，扩大问题范畴，便于后续维护等，按键和灯等可安装在较低位置，方便了后续部件的维护或监测等。若开头柜内部零件出现不良问题，应及时更换，以优化和简化维护操作。对元件操作及端子接线提高其合理性，并得到保证。为便于连接，操作者应综合考虑各线孔位置、规格及封闭性能等。

此外，还必须从根本上考虑开关柜形成的分布状态和所引发的影响，以全面提升其质量、运行性能，以及用户效益。为便于操作，设计人员可适当调整仪表处面板与高低差，并在偏下部位安装开头转换按键，这将提高其操作特性的便捷系数，可使用回路原理调节，以确保所有承载元件的正确分布。电流分布将变得更加平衡化，能有效存留少许余量。但若未预先定义开关柜标准时，则可根据用户要求和元件结构特点等科学选择，以提高开关柜符合度。

2、考虑安全性能。设备运行时，电弧是一种不可避免的现象，会严重影响设备运行。为提高开关柜抗电弧能力，可在其内部添加金属隔板，以隔离形式提高开关柜抗电弧性。而且可在开关柜上增加相应电弧检测设备，监督检测其电弧状态，设计时可将这两种功能结合起来，提高开关柜内导电体电弧绝缘水平，以提高开关柜电气安全性能。此外，增加泄压通道可进一步提高开关柜安全性能，增加泄压通道旨在提高开关柜人身防护水平，保持开关柜稳定运行，手动将柜内异常情况下产生的气压引导至无害方向，但注意防止异物进入，并采取相应的防护措施。

3、考虑开关柜结构辅助设计。为提高开关柜整体质量水平，可在传统开关柜设计基础上增加一些辅助设计。对于开关柜的操作，可通过重新设计仪表板来优化其操作效果;在开关柜外观设计中，焊接完后可对相关焊接点和表面抛光，使其外观更加美观;对于钣金加工，可用一些高精度现代仪器来改进开关柜夹具和模具的设计。

五、开关柜结构设计发展趋势

当前，我国加工制造业的智能化发展已成为行业发展的主要趋势。在开关柜结构设计和制造发展方面，未来的主要方向也是智能化。发展智能化开关柜实现了自我诊断功能、故障记忆功能、负载控制功能、电网运行状态检测功能等，实现了各个性能的优化发展。这些优化能实现自动报警，有效防止系统故障引起的电力安全问题，为解决系统重复出现的问题提供了一种良好的检修方法。不良电流运行量提示能有效防止系统故障，实现实时监测和反馈。智能化开关柜可实现测量、保护、故障录波与遥控等功能。可测量电网电压、电流和无功功率等，实现电流电压、不平衡电压和电流等的保护功能。故障发生前后2秒内，各相电压和零序电流波形，读取故障，通过通信网络实现遥测遥控，具有系统化、可通信、动态化特点。它将现代传感技术与计算机技术相结合，实现对系统各种状态的实时监测、故障诊断和反馈，所以具有系统化特点。还能有效连接变电站智能配电系统、动画系统、计算机、智能开关柜控制及保护单元，实现通信功能。随着科技的进步，各种创新技术的出现与应用也将促进开关柜技术的进步及进一步发展。

总之，开关柜是电气系统用于发电、输电、配电、转换时对用电设备的开合、控制和保护。主要由断路器、隔离开关、负载开关、各种保护装置等组成，适用于发电厂和变电站等各种场所。

参考文献：

[1]许崇淼.开关柜结构设计与制造研究[J].科学与信息化，2019（07）.

[2]黄海燕.开关柜结构设计与制造的实践研究[J].中国新技术新产品，2017（02）.