电力系统中l0kV高压开关柜的应用设计研究

贺亮

摘要：高压配电网运行的过程中，l0kV高压开关柜的性能对电力系统运行的质量、安全以及供电的可靠性均会产生较大影响。本文主要对高压开关柜的结构和高压开关柜应用设计进行简要分析，以供参考。

关键词：电力系统；l0kV高压开关柜；应用设计

目前，l0kV高压开关柜应用广泛，且国家有关部门对电力设备生产设计提出了详细的标准及要求，这也成为了开关柜厂家生产的重要标准和依据。

1.开关柜的结构

组装式是最为常见的开关柜结构形式，由于组装式的开关柜调整结构方案相对较为便捷，只需要调整几个小的零部件就能够调整设计方案。通常l0kV高压开关柜由断路器室、电缆室、仪表室、小母线室组成，且应在一次元件布置的过程中考虑安全性和经济性。

1.1一次方案的实现

一次元件通常由断路器、互感器、接地开关、避雷器、熔断器、电容器、变压器、接触器等构成。在安装过程中需关注一次元件结构的强度以及其所承受的动值和热值，且要满足绝缘距离以及工频耐压的基本要求。

1.2开关柜的五小室

断路器室：断路器有两种形式，一种是固定式，一种是手车式，固定式安装就是将分支母线直接连接在断路器上，而手车式安装是母线与手车通过隔离插头连接为一个整体。手车与开关柜之间具有实验、运行和移开三个相对的位置。

母线室：母线室主要由较多彼此间隔的小室构成，相互之间均由主母线连接，且母线的大小与强度应满足动、热稳定值的基本要求。

电缆室：电气元件安装是电缆室的重要功能，电缆室当中有电流，所以，需要互感器、接地开关以及避雷设备。

仪表室：仪表室内的安装多半为二次元件，利用二次线连接为一个整体，从而凸显开关柜的各项功能。

小母线室：小母线室内会安装较多简单的低电压照明，且其覆盖了开关柜的所有小母线。

2.10kV高压开关柜在电力系统应用中设计

2.1防护等级的要求

l0kV高压开关是一种较为典型的高压带电设备，为避免人与高压开关柜接触或高压开关柜处于高压带电运行状态，在设计高压开关柜的过程中，应充分考虑柜体防护等级的设计，设计中防护等级若发生变化，则生产成本也会随之改变，散热条件也会因此受到极大的影响，因此不可盲目追求高的防护等级。通常选择IP3X和IP4X。

再者，l0kV固定式开关柜必须满足防护等级的要求。防护等级有其独立的分类标准。如防护等级为IP2X，则阻挡手指或直径要在12mm以上，且其长度在80mm以内。如防护等级为IP3X，则要求其直径可阻挡直径或厚度在1mm以上的金属等物体进入。如防护等级为IP5X，则要避免设备运行时出现大量的尘埃。

2.2控制回路防跳设计

永久性的电路故障当中，合闸应保持继电保护动作，断路器分闸的状态，若此时合闸指令并未及时解除或出现操作失误的问题，则会引起严重的设备损坏和人身事故。防跳通常指的是断路器在自动或手动完成合闸操作后，解决开关没有复位或断路器频繁分闸跳闸的问题。

2.3爬电距离设计

在相关规范和制度的要求中，对10kV开关柜中的诸多组建和支持绝缘件的外绝缘爬电比距要求较为严格，诸多常规设备均无法满足规范中的要求，因此必须通过厂家定制生产的方式来完成。元器件生产厂家在生产中，通常采用增设绝缘子高度或加高加多裙边的方式来达到要求。在这一过程中应高度重视开关柜使用的环境和条件。为了避免出现凝露的问题，可在开关柜当中加入具有自动控制功能的加热器。

2.4五防连锁

10kV开关柜五防连锁可避免断路器误分误合、带电荷分合上下隔离开关或带负荷推拉，有效防止带电操作开关或挂接出现临时接地的现象。当前，这一功能主要采用机械连锁的方式实现，其主要由机械部件传动，且联系十分密切，若非工作人员外力造成零件损坏，只能严格按照规定的程序操作，故而程序本身稳定性和可靠性较强。但这同时也存在着明显的不足，复杂性较强，对工艺提出了较高的要求。同时在设计的过程中也可采用机械程序锁的方式，该方式结构相对简单，但是万能钥匙的存在使其无法完全规避人为的操作失误，这也限制了其在无人值守变电站当中的应用。

2.5绝缘间距

10kV开关柜在三相交流电分配中应用较为广泛，所以相间和相对地之间应保持合理的隔离距离，若不能保持合理的距离，则极易发生短路问题，进而损害电力系统的运行质量和运行性能。所以，在开关柜设计的过程中，绝缘距离务必充分满足绝缘距离的基本要求。如单纯以空气为绝缘介质且海拔高度为1000m时，相对地和相与相之间的距离应在125mm以上。为有效加强开关柜外形尺寸的合理性，工作人员可采用多种有效方式加大调节力度。

工作人员要插入一块绝缘隔板，在二者的空气间隔当中，其可有效减小绝缘距离。二者之间的空气距离要在60mm以上，且设置的绝缘距离需处于中央，但是绝缘板老化速度较快，因此其对使用条件也提出了较高的要求。采用热缩套将高压带电体科学处理，同时应确保绝缘距离在100mm以上，该方式老化较为明显。金属封闭高压开关柜当中，若能够合理应用金属绝缘隔板，进而不断加强相间或相对地绝缘，满足控制绝缘距离的要求。上述方式对使用环境的要求较高，绝缘老化问题较为明显。此外，可借鉴学习国外的设计理念，完善带电导体，从而达到缩小距离的目的。但是这种方法与我国当前的国情不符，所以还没有得到广泛的应用。或者也可以加大对相关设备和技术的投入，在设计中，为了满足用户多方面的需求，要以空气绝缘法为首选。

2.6温度的变化

10kV开关柜需要承受较大的电流，开关柜中的一次元件通常密闭在封闭柜当中。通过电流其会释放大量热能，而热量无法及时地散到柜外，则此时柜内温度相对较高，如超过元件承受的极限就会造成不同程度的元件损坏问题，进而引发安全事故。

为了改善一次元件柜中温度过高的问题，在施工的过程中，工作人员应当积极采取有效措施改良技术工艺。在处理的过程中可在电气连接面上涂抹适量的导电膏和镀锡等降温材料。并在材料制作的过程中加大质量把控力度，防止由于材料质量不能满足工程建设的要求，而出现严重的事故。不同防护材料对温度有着不同的要求，因此相关人员必须先明确环境的特点和指标，然后再根据开关柜设计的要求选择不同的防护材料。

10kV开关柜设计的要求在国家制度和标准中，已经做出了明确的规定，如使用的设备、材料及绝缘体等，这些设备在大规模带发电装置的情境下均可得到广泛的应用。因此，这对设备安全防护也提出了十分严格的要求。在设计的过程中务必高度重视设备安全，并充分考量线路的走向，从而以最节约资源的方式取得最为理想的设计效果。而若要达到这一目的，就必须对技术和工艺进行不断的优化和改进。

3.结语

安全在电力生产中是人们关注的焦点，采取有效措施预防安全事故，在电力生产中占据着重要的地位。10kV开关柜的运行质量、运行效率和运行的经济性直接影响了供配电网运行的综合水平，因此值得我们对此予以高度重视。

参考文献

[1]刘旭强.10kV电力系统中使用KYN系列高压开关柜出现的故障分析研究[J].建筑工程技术与设计,2016(12)

[2]王晋强.10kV高压开关柜电晕问题分析及处理对策研究[J].机电工程技术,2018,47(11)

[3]庞巧花.10kV高压开关柜的检修和维护浅谈[J].中国科技纵横,2017(3)

[4]金之麟,冯卫国.10kV开关柜合闸闭锁回路的故障处理和改造[J].电工技术,2017(11)

[5]钏助仁.10kV开关柜运行中的常见故障及处理对策[J].低碳世界,2017(18)