中压开关柜的二次优化设计

程新轩

摘要：中压开关柜二次优化设计具有重要实际意义。随着二次回路优化设计的推进，中压开关柜的可靠性和智能化得到显著提高。

关键词：中压开关柜;现状;二次优化设计

工程设计中，为保证断路器的安全稳定，必须改进其接线方式，以确保开关柜的可靠运行，并在设计中逐步改进相应设计，以提高开关柜安全性、稳定性、可靠性和智能性，这对开关柜的发展起着重要的推动作用。

一、中压开关柜概述

中压开关柜全称为中压交流金属封闭开关设备，主要工作在中压环境中，除外部连接外，基本保持封闭式设计。内装三相交流开关设备，电压在3.6～4.5kV间。主要功能是接受及分配用电负荷。由机柜与断路器组成，具有架空进出线、电缆进出线、母线联络等功能。

1、基本原理。中压开关柜基本原理并不复杂，为保证其在生活生产中长期有效运行，必须保证二次直流和交流电的正常供应。其内部电流互感器通常有两组或三组线圈，在这些线圈中，一组用作测量数据，如将万用表连接到此驵线圈上，另外，还有一组线圈用于保护中压开关柜的整个内部电路，如一些abb保护单元，若有第三组线圈，则仅出现在差动保护100进线柜中。若进出线和接地线通过零序电流互感器，注意检查三相不平衡电流，不同电源支持不同工作元件，根据需要使用和划分交直流，这是中压开关柜的基本原理。

2、分类

1）按结构分。①半封闭式：柜体正侧面封闭，背面与母线裸露，具有结构简单、成本低、安全性差的优点，几乎已淘汰。②箱式：它有一个金属外壳，但间隔数量少，而且母线是封闭的，较安全。如XGN型。③间隔式：各室由一个或多个非金属隔板隔离，更为安全。如JYN型。④铠装式：各室用金属隔板隔离并接地，安全性好，结构复杂，加工精度高，价格略高，如国产KYN和abb公司的ZSl型。2）按绝缘介质分。①空气绝缘：极间与极对绝缘由空气间隙保证，绝缘性能稳定，成本低，机柜体积大。②复合绝缘：极间与极对绝缘是通过更小空气间隙加固体绝缘材料保证，柜体体积小，防凝性差，成本高。③（SF）气体绝缘：回路中的所有元件均放置在充满SF气体的密闭容器中，其技术复杂，加工精度要求高，价格高，这种方法通常用于超高压设备。这种中压开关柜在国外被使用，但在我国尚无这种产品。

二、中压开关柜现状

随着社会科技及经济的发展，人们对用电安全稳定要求越来越高，开关柜的使用也在不断发展变化，然而，从行业运行维护发展角度来看，传统的开关柜维护方法已不能满足当今社会需求，故障维护必须吸取现代科技发展成果。

在维护方案中，传统维护方案无实际操作说明，或只根据工期判断故障及性能下降，未对方案维修。如设备清洗和机械部件润滑等仅根据说明维护，无实质性维护方案。但现代智能化需更有效方法来改进此工作。

通常，传统设备为减少运行故障，需制定维护周期计划。但现代需要结合系统设备的运行和工艺条件来审查收集信息。为提高系统稳定性，便于检查评估，并采取最有效措施确保停电维护仅在设备运行后期进行，并确保延长有效的使用时间。

三、合闸回路和跳位监视回路设计现状

一些断路器无跳位监视回路，如VEX断路器。断路器合闸回路与集成保护装置一起使用时，若接点连接到TWJ跳位继电器的输出点和综合保护装置的合闸出口，断路器合闸时，QF常开接点闭合，防跳继电器K0启动形成自保持回路，YWJ线圈与防跳继电器形成回路，导致YWJ线圈和K0防跳继电器长时间带电，不能再次合闸和跳位监视。

为使综合保护装置正常工作，断路器辅助闭点一端通常与TWJ综合保护装置跳位继电器输出点连接，嘏另一端直接接负电源，这种设计方法只能使综合保护装置的合位和跳位继电器正常工作，控制回路无断线报警故障，但不监视断路器合闸回路的完整性，这是一种设计“假象”监视回路方法。

一些断路器配有跳位监视回路，如VD4断路器。断路器跳位监视与集成保护结合使用时，跳位监视接点与TWJ跳位继电器的综合保护装置直接连接，能实现跳位监视功能，但这种设计方法只能监视S1接点到线圈Y3的回路是否完好，不能监视整个合闸回路，不能形成真正的跳位监视。

四、合闸回路和跳位监视回路优化设计

考虑到上述不合理回路设计缺陷，当断路器配有防跳装置和综合保护装置配合时，断路器防跳继电器K0的辅助闭点可增加到跳位监视回路中，形成完整的跳位监视回路，以解决防跳继电器不能对整个合闸回路维护监视问题。图1所示为断路器合闸回路和跳位监视回路接线图。接线过程中，将接点①与保护装置TWJ连接，接点②接至综合保护装置合闸出口，以PSL691U综合保护装置控制回路接线为例。

在防跳操作期间，因综合保护装置的TWJ前端为正电源，若断路器跳闸后跳位监视回路中无防跳继电器K0闭点，通过“正电源-线圈TWJ-QF常闭接点-合闸回路-负电源”回路，防跳继电器K0通电并重新启动，以保持防跳继电器且不能返回，从而使断路器无法再次合闸;在跳位监视回路中增加防跳继电器K0闭点后，K0启动后，防跳继电器K0常闭触点打开，导致跳位监视回路不能启动断路器防跳线圈回路，使防跳继电器能可靠返回，断路器控制回路能正常工作，此外，该设计方法还能通过综合保护跳位监视功能，监视整个断路器合闸回路的完整性。

五、大电流开关柜风机控制回路设计现状

当开关柜工作回路电流大于2500A时，开关柜主分支母线受热严重，影响其正常运行，严重时可能发生开关柜爆炸事故，因此，在设计这类开关柜时，应在柜顶或柜内安装风机，以降低开关柜运行时柜内温度，减少其事故隐患，确保开关柜正常运行。

因风机通常安装在开关柜或柜内，因此正常运行期间，无法目测观察风机状态，当前，风机二次控制回路设计相对简单，不科学。如图2所示，设计方法未考虑风机二次电气运行状态监控，并且风机的运行仅依赖于风机开关的手动控制，使风机能长时间连续运行，从而缩短了风机使用寿命，若未操作控制开关，风机可能因人为因素而无法启动，导致发生事故。因此，这种设计方法存在较大安全隐患，需改进和优化。

六、大电流开关柜风机控制回路的优化设计

由于上述风机控制回路设计无法监控风机运行状态，风机无法自动启动，在柜顶安装轴流风机及柜内断路器底部安装贯流风机方式，提出了风机控制启动回路的两种优化方案。方案一：轴流风机安装在柜顶时，工作原理为：开关柜工作时，回路电流达到风机启动设定值时，通过电流互感器二次绕组回路起动继电器线圈LJ1，闭合常开接点LJ1，通过风机起动回路起动风机M，起动电流继电器线圈LJ2，然后，常开接点LJ2闭合，风机起动指示回路连接，风机指示灯BD工作。当开关不工作时，使用HK风机控制開关手动启动风机，以检查风机控制回路的完整性，并确保正确操作风机以进行后续工作。该设计方法实现了二次风机的启动功能，通过自动检测开关柜一次回路的电流值来监控风机运行状态，使风机控制趋于智能化。LJ1继电器的选型和动作整定值可按公式设定，中置柜风机KYN18C-12和KYN28A-12等一次侧电流值一般设置为2500A，电流互感器一次侧电流值为柜内安装电流互感器的电流值;LJ2继电器按DL-31/0.6A选用，整定值一般按0.4A整定。方案二：当贯流风机安装在柜内断路器底部时，该方案工作原理与上述方案一类似，不同之处在于，当开关柜配备贯流风机时，风机可附带微动开关，开关柜运行时，当回路电流达到风机启动设定值时，继电器线圈LJ1通过电流互感器二次绕组回路启动，LJ1常开接点闭合，通过风机起动回路起动风机M，其风机微动开关常开接点S闭合，风机起动指示回路接通，风机指示灯BD工作，该方案可少配备一只电流继电器，接线较简单。

参考文献：

[1]刘丙刚.中压开关柜的二次优化设计[J].电工电气，2016（02）.

[2]康在强.中压开关柜的二次优化设计研究分析[J].自然科学，2016（01）.