关于10kV高压开关柜设计的一些体会

关于10kV高压开关柜设计的一些体会

摘要随着10kV高压开关柜在电力系统中越来越得到广泛的应用,重点针对10kV高压开关柜的设计方面写出几点体会,希望电气设计人员在设计中出现相关问题能够有所借鉴,为保障我国电力系统的安全生产出力。

关键词10kV;高压开关柜;设计;体会

开关柜指的是以开关为主的成套电器装置。它主要应用于配电系统,作为电能接收和分配,并进行控制、保护、调整及测量线路。开关柜内的断路器作为接收与分配电能的重要元件;作为控制、测量、保护辅助断路器完善工作的重要元件则是综合继电保护装置。

在电力系统中,高压开关柜得到了广泛应用,担负着控制和保护双重功能。随着电网日益扩大,综合自动化的普及以及变电站无人值班的管理模式的推广,高压开关柜的安全设计显得越来越重要。由于高压开关柜的设计欠缺,造成的停电事故给生产和生活带来的影响和损失也越来越大。所以,高压开关柜的设计就迫切要求可靠性高,能及时地在线检测出故障、准确采取措施,避免停电及造成损失。随着计算机技术、信息处理技术的普及,电子技术、传感器技术的发展,现场总线技术等的进步,高压开关柜功能智能化已具备技术上的条件。

由于目前电力装机的快速增长,推动了高压开关市场的快速扩容,尤其是10kV高压开关柜在电力系统中的应用是极其广泛的,并且不同的电力系统用户的需求各不相同。作为10kV高压开关柜的设计者,就不得不针对不同的用户需求,严格按照相关的国家标准和标准柜型的设计要求,为用户量身定做。这里写出了设计开关柜的一些体会,与大家一起探讨,以求共同进步。

1柜体的结构要求

所有开关柜的壳体必须是有一定机械强度的金属外壳,开关柜内所有一次电器元件的安装梁也必须是金属的,而且应可靠接地;柜体内的电缆室、母线室、断路器室的上方均安装有压力的释放通道;二次线的敷设美观并便于检查。

2防护等级的要求

10kV高压开关柜属于高压带电设备,为了防止人体接近和触及高压开关柜的高压带电或运动部分,在高压开关柜的设计时,我们就必须考虑该设计应达到几级柜体防护等级。设计时我们要注意随着防护等级的提高,生产成本相应提高,散热条件变差,所以不能追求高的防护等级,一般以IP3X和IP4X为宜。对于10kV固定式开关柜如GG-1A-10,XGN2-10,必须满足防护等级IP3X的要求。移开式的JYN和KYN系列,如KYN28-10就必须满足防护等级IP4X的要求。

对于防护等级的分类标准为:防护等级为IP2X时,防止物体接近带电部分和

触及运动部分的标准为能阻挡手指或直径大于12mm、长度不超过80mm的物体进人;防护等级为IP3X时,能阻挡直径或厚度大于2.1969in的工具、金属丝等物体进人;防护等级为IP4X时,能阻挡直径或厚度大于1mm的金属丝等物体进人;防护等级为IP5X,能防止影响设备安全运行的大量尘埃进人.但不能完全防止一般灰尘进人。

3高压开关控制回路应设计防跳

永久性故障电路中,合闸处于继电保护动作,断路器分闸。如果此时合闸指令没有解除或操作失误,则会出现断路器反复地合闸、分闸。这样,不仅容易引起事故,还容易扩大事故,引起设备损坏及人身事故。防跳是指断路器在自动或手动合闸后,为了防止出现操作开关未复归或卡住触点.导致断路器发生多次分闸、跳闸现象的发生。在工程设计中,为了解决开关设备和保护装置接口防跳闸的问题,可采用电气防跳设计回路的完善使用,这对保障电力系统的安全生产有着重要的意义。

4绝缘距离的设计

10kV高压开关柜是用来对三相交流电进行分配,为了避免引起短路、造成对整个电力系统的危害,彼此之间或相对于地之间必须保证一定的距离。我们单纯的以空气作为绝缘介质时,绝缘距离要求有:①导体至接地之间的净绝缘距离为125mm;②不同的相的导体之间的净绝缘距离为125mm;③导体至无孔遮栏间净绝缘距离为155mm;④导体至网状遮栏间净绝缘距离为225mm;⑤无遮栏裸导体至地板间净绝缘距离为2425mm;⑥需要不同时停电检修无遮栏裸导体之间的水平净绝缘距离为1295mm;⑦出线套管至屋外通道地面间净绝缘距离为400mm。(当海拔超过1000m时,①②项的值应按每升高1000m增大10%修正,③~⑦项的值分别增加1或2的修正值。)另外,可以通过下述方法来减少开关柜外形尺寸:1)绝缘板和热缩套的使用:为了缩小对绝缘距离的要求,可以考虑在空气间隙中插入一块非金属的绝缘隔板。但是,当空气净距离大于60mm时,之间的绝缘板应放在中间部位——这个方法的不足就是使用环境很大程度的影响了绝缘隔板的使用寿命。还可以,使用热缩套管把高压带电导体整个套起来,但是实际设计中要确保绝缘距离不小于100mm——其缺点是热缩套管同样存在使用环境的影响。对于这两中解决方案,绝缘老化的问题都比较突出,有待进一步研究。2)国外的先进工艺:国外三菱公司研发了一种“热涂敷工艺”,即用一层绝缘材料均匀地附在高压带电导体的表面——其缺点是需要增添一些新的工艺设备。国外ABB公司开创了一种均匀电场的设计理论。改善带电导体的结构,从而缩小对绝缘距离的要求——缺点是这一理论不符合DL/T404—1997标准的要求,致使国内电力系统用户很难接受。总的来说,在设计允许的情况下,尽可能地使用空气绝缘来满足绝缘要求。

5五防联锁功能

五防联锁对于开关柜能否安全运行是十分重要的。国家对高压开关柜必须具备的五防联锁有明确的要求:防止带地刀闸送电,防止带电合接地刀闸,防止误拉合断路器,防止带负荷分合隔离开关,防止误入带点间隔等五种防误措施。所以,

我们在设计制造开关柜时必须遵守这五项原则,真正实现五防功能。目前,各个厂家为了防止现场工作人员的失误操作生产的各种型号的开关柜,如GG一1A、XGN2、JYN、KYN柜机械联锁制作各有特色,且功能齐全。

6温升

电力系统中,开关柜通常要能承受4000A的正常工作电流。由于一次元器件运行时产生的热量很难散发到柜外,所以导致柜内温度升高,若温度超过相应的极限值,便会烧毁元器件。为了避免事故的发生,我们就必须加强工艺制造的水平。虽然我们有种种措施都可以采用,比如在结构设计中,涡流现象实在无法避免时可采用磁阻率高的材料,但是制造工艺的水平才是最终质量的保证。可以说,运行中发生事故的绝大多数开关柜都是由于制造工艺不过关,从而导致温升过高引发的。

7动稳定设计

在电力系统中,开关柜通常要能承受很高的额定短路开断电流。比如,当开关柜中通过50KA的电流时,相互之间及同相的母线之间会产生很大的电动力——这时,我们就需要借助支撑绝缘子,使母线不产生明显位移。动稳定的理论计算极其复杂,很大程度上要依靠设计者的经验,一般而言,两个绝缘子之间的距离不应超过800mm,但是某些薄弱环节还要给予加强,从而最终通过试验加以检验。

参考文献

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