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10kV高压开关柜设计体会
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10kV高压开关柜设计体会
文本预览
10kV高压开关柜设计体会
1 概述
在电力系统中，l0kV高压开关柜的应用极其广泛。由于电力系统用户的需求五花
八门，作为制造厂家，我们不得不针对用户的需求，为用户量身定做。这就要求我们
必须真正深刻地理解相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。在十年的设
计生涯中，对开关柜的设计有了一些体会，现在写出来与大家一探讨，以求共同进步。
2 几点体会
2.1 绝缘距离
由于 10kV 开关柜用于对三相交流电进行分配，因此相间及相对地之间必须保证
一定的距离，否则会引起短路，对整个电力系统造成危害。但我们单纯以空气作为绝
缘介质时，绝缘距离要求如表1。
有时为了减少开关柜外形尺寸，可以有以下几种方法：
1)在空气间隙中插入一块非金属的绝缘隔板，从而缩小对绝缘距离的要求。但要
注意的是空气净距离不小于 60 毫米，相间绝缘隔板应设置在中间位置。该方法的缺
点是绝缘隔板受使用环境影响很大，存在绝缘老化的问题。
2)使用热缩套管把高压带电导体整个套起来，实践中要确保绝缘距离不小于100
毫米。缺点是热缩套管同样存在绝缘老化的问题。
表 1
序 绝缘距
位置
号 离(mm)
1 导体至接地间净距 125
2 不同相的导体之间的净距 125
3 导体至无孔遮拦间净距 155
4 导体至网状遮拦间净距 225
5 无遮拦裸导体至地板间净距 2425
需要不同时停电检修无遮拦裸导体之间
6 1295
的水平净距
7 出线套管至屋外通道地面间净距 400
海拔超过1000米时1、2项值应按每升高1000米增大
10％修正，3～6项值分别增加1或2的修正值。
3)国外ABB公司有一种均匀电场的设计理论，可以通过改善带电导体的结构来缩
小对绝缘距离的要求。缺点是国内电力系统用户很难接受这一理论，因为这不符合
DI/T 404—1997标准的要求。4)国外三菱公司有一种热涂敷工艺，可以在高压带电导体表面均匀附上一层绝缘
材料。缺点是需要增添流化床设备。
综上所述，在设计许可的情况下，尽可能地使用空气绝缘，满足表1的要求。
2.2 爬电距离
由于电力系统用户往往追求高可靠性，实践中我们要符合以下条件：高压开关柜
中各组件及其支持绝缘件(纯瓷及有机绝缘件)的外绝缘爬电比距(高压电器组件外绝
缘的爬电距离与额定电压之比)对于纯瓷绝缘为18mm/kV，对于有机绝缘为20mm/kV。
由于这一要求比较高，很多常规的元器件往往满足不了要求，这就要求我们告知元器
件生产厂家加以定制。元器件生产厂家往往会采用不增加绝缘子高度而增多或增高裙
边的方法。我们在选型时要注意裙边的高度与裙距比例不能太悬殊，另外，我们还应
注意开关柜使用场所的环境条件，为了防止发生凝露，我们可以在开关柜中加入带自
动控制的加热器。
2.3 五防联锁功能
为了防止现场操作人员无意识地实施错误的操作，从而导致事故，除了加强对操
作人员的培训以及实施工作票制度，我们还应在开关柜的设计中加入强制联锁装置或
采取提示性措施。对于开关柜而言，需提供五种防止误操作功能
1)防止误分误合断路器
对于有人值守的变电站，可采用不同编号的红绿翻牌来实现。即每台断路器均对
应唯一编号的红绿翻牌，平时红绿翻牌置于控制屏上。对于无人值守的变电站，由于
断路器的分合均从远方操作，无法应用红绿翻牌方法，只能加入电气联锁。
2)防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推入拉出断路器手车。这一功能一般都
采用机械联锁进行强制性联锁。这一要求的原因是隔离开关和手车动静触头之间不具
备分断和关合正常负荷电流的能力。万一误操作，会烧毁隔离开关和手车动静触头，
事故还可能进一步扩大。
3)防止带电操合接地开关或挂接临时接地线。这一功能要求用机械联锁，因为它
关系到人为短路接地。
4)防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电。这一功能要求用机械联锁，目的
也是为了防止人为短路接地。
5)防止人误入带电间隔。这一功能一般也采用机械联锁，目的是为了防止人员触
电。
综上所述，为了实现五防功能，机械联锁必不可少。各种型号的开关柜，如GG—1A、
XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl均在机械联锁方面各具特色。多数采用机械零部
件传动方式，一环扣一环，除非操作人员用外力将零部件损坏，否则只能按预定程序操作，可靠性高，但零部件结构复杂，对加工工艺要求较高。有时，我们也可采用机
械程序锁方式，结构非常简单，但由于存在万能钥匙，很难完全避免操作人员误操作。
而且，这一方式无法适应无人值守变电站的要求。在万不得已的情况下，如不带断路
器的进线开关柜中，我们只能采用电磁锁方式，由于电磁锁、分压瓷瓶和导线均有损
坏的可能，还需外部电源供电，可靠性差。至于高压带电显示装置，只能算是提示性
措施，毫无可靠性可言，一般不推荐使用。当然，运行人员要想通过高压带电显示装
置来了解哪段主回路在带电运行，又另当别论。
2.4 关于防护等级
为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，在设计开关柜
时，我们应考虑要达到几级防护等级，防护等级分类如表2。
表 2
防护等级 能防止物体接近带电部件和触及运动部件
IP2X 能阻挡手指或直径大于12毫米、长度不超过80毫米的物体进
入
IP3X 能阻挡直径或厚度大于2.5毫米的工具或金属丝等物体进入
IP4X 能阻挡直径或厚度大于1毫米的金属丝等物体进入
IP5X 能防止影响设备安全运行的大量尘埃进入，但不能完全防止一
般灰尘的进入
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。
2.5 动稳定
在电力系统中，开关柜通常要能承受 20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的额定短路
开断电流，当开关柜中通过如此大的电流时，相间及同相母线之间会产生很大的电动
力。这时，我们需借助支撑绝缘子的支撑，使母线不会产生明显位移。一般而言，两
个绝缘子之间的距离不应超过800毫米，对于某些薄弱环节还应给予加强。由于动稳
定的理论计算极其复杂，一般设计时需依靠设计者的经验，最终需通过型式试验加以
检验。
2.6 温升
电力系统中开关柜通常要能承受4000A及以下的正常工作电流，由于一次元器件
通常处于密封的柜内运行，他们产生的热量很难散发到柜外，所以导致柜内温度升高。
若温度超过以下极限值，便会烧毁元器件，酿成事故。
表3部件 空气中 SF6中 油中
周围不 周围不
周围不超
1 概述
在电力系统中，l0kV高压开关柜的应用极其广泛。由于电力系统用户的需求五花
八门，作为制造厂家，我们不得不针对用户的需求，为用户量身定做。这就要求我们
必须真正深刻地理解相关的国家标准、部颁标准和标准柜型的设计要求。在十年的设
计生涯中，对开关柜的设计有了一些体会，现在写出来与大家一探讨，以求共同进步。
2 几点体会
2.1 绝缘距离
由于 10kV 开关柜用于对三相交流电进行分配，因此相间及相对地之间必须保证
一定的距离，否则会引起短路，对整个电力系统造成危害。但我们单纯以空气作为绝
缘介质时，绝缘距离要求如表1。
有时为了减少开关柜外形尺寸，可以有以下几种方法：
1)在空气间隙中插入一块非金属的绝缘隔板，从而缩小对绝缘距离的要求。但要
注意的是空气净距离不小于 60 毫米，相间绝缘隔板应设置在中间位置。该方法的缺
点是绝缘隔板受使用环境影响很大，存在绝缘老化的问题。
2)使用热缩套管把高压带电导体整个套起来，实践中要确保绝缘距离不小于100
毫米。缺点是热缩套管同样存在绝缘老化的问题。
表 1
序 绝缘距
位置
号 离(mm)
1 导体至接地间净距 125
2 不同相的导体之间的净距 125
3 导体至无孔遮拦间净距 155
4 导体至网状遮拦间净距 225
5 无遮拦裸导体至地板间净距 2425
需要不同时停电检修无遮拦裸导体之间
6 1295
的水平净距
7 出线套管至屋外通道地面间净距 400
海拔超过1000米时1、2项值应按每升高1000米增大
10％修正，3～6项值分别增加1或2的修正值。
3)国外ABB公司有一种均匀电场的设计理论，可以通过改善带电导体的结构来缩
小对绝缘距离的要求。缺点是国内电力系统用户很难接受这一理论，因为这不符合
DI/T 404—1997标准的要求。4)国外三菱公司有一种热涂敷工艺，可以在高压带电导体表面均匀附上一层绝缘
材料。缺点是需要增添流化床设备。
综上所述，在设计许可的情况下，尽可能地使用空气绝缘，满足表1的要求。
2.2 爬电距离
由于电力系统用户往往追求高可靠性，实践中我们要符合以下条件：高压开关柜
中各组件及其支持绝缘件(纯瓷及有机绝缘件)的外绝缘爬电比距(高压电器组件外绝
缘的爬电距离与额定电压之比)对于纯瓷绝缘为18mm/kV，对于有机绝缘为20mm/kV。
由于这一要求比较高，很多常规的元器件往往满足不了要求，这就要求我们告知元器
件生产厂家加以定制。元器件生产厂家往往会采用不增加绝缘子高度而增多或增高裙
边的方法。我们在选型时要注意裙边的高度与裙距比例不能太悬殊，另外，我们还应
注意开关柜使用场所的环境条件，为了防止发生凝露，我们可以在开关柜中加入带自
动控制的加热器。
2.3 五防联锁功能
为了防止现场操作人员无意识地实施错误的操作，从而导致事故，除了加强对操
作人员的培训以及实施工作票制度，我们还应在开关柜的设计中加入强制联锁装置或
采取提示性措施。对于开关柜而言，需提供五种防止误操作功能
1)防止误分误合断路器
对于有人值守的变电站，可采用不同编号的红绿翻牌来实现。即每台断路器均对
应唯一编号的红绿翻牌，平时红绿翻牌置于控制屏上。对于无人值守的变电站，由于
断路器的分合均从远方操作，无法应用红绿翻牌方法，只能加入电气联锁。
2)防止带负荷分合上下隔离开关或带负荷推入拉出断路器手车。这一功能一般都
采用机械联锁进行强制性联锁。这一要求的原因是隔离开关和手车动静触头之间不具
备分断和关合正常负荷电流的能力。万一误操作，会烧毁隔离开关和手车动静触头，
事故还可能进一步扩大。
3)防止带电操合接地开关或挂接临时接地线。这一功能要求用机械联锁，因为它
关系到人为短路接地。
4)防止带有临时接地线或接地开关合闸时送电。这一功能要求用机械联锁，目的
也是为了防止人为短路接地。
5)防止人误入带电间隔。这一功能一般也采用机械联锁，目的是为了防止人员触
电。
综上所述，为了实现五防功能，机械联锁必不可少。各种型号的开关柜，如GG—1A、
XGN2、GGX2、JYN、KYN、KGN、GZSl均在机械联锁方面各具特色。多数采用机械零部
件传动方式，一环扣一环，除非操作人员用外力将零部件损坏，否则只能按预定程序操作，可靠性高，但零部件结构复杂，对加工工艺要求较高。有时，我们也可采用机
械程序锁方式，结构非常简单，但由于存在万能钥匙，很难完全避免操作人员误操作。
而且，这一方式无法适应无人值守变电站的要求。在万不得已的情况下，如不带断路
器的进线开关柜中，我们只能采用电磁锁方式，由于电磁锁、分压瓷瓶和导线均有损
坏的可能，还需外部电源供电，可靠性差。至于高压带电显示装置，只能算是提示性
措施，毫无可靠性可言，一般不推荐使用。当然，运行人员要想通过高压带电显示装
置来了解哪段主回路在带电运行，又另当别论。
2.4 关于防护等级
为了防止人体接近高压开关柜的高压带电部分和触及运动部分，在设计开关柜
时，我们应考虑要达到几级防护等级，防护等级分类如表2。
表 2
防护等级 能防止物体接近带电部件和触及运动部件
IP2X 能阻挡手指或直径大于12毫米、长度不超过80毫米的物体进
入
IP3X 能阻挡直径或厚度大于2.5毫米的工具或金属丝等物体进入
IP4X 能阻挡直径或厚度大于1毫米的金属丝等物体进入
IP5X 能防止影响设备安全运行的大量尘埃进入，但不能完全防止一
般灰尘的进入
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。
2.5 动稳定
在电力系统中，开关柜通常要能承受 20kA，31.5kA，40kA甚至50kA的额定短路
开断电流，当开关柜中通过如此大的电流时，相间及同相母线之间会产生很大的电动
力。这时，我们需借助支撑绝缘子的支撑，使母线不会产生明显位移。一般而言，两
个绝缘子之间的距离不应超过800毫米，对于某些薄弱环节还应给予加强。由于动稳
定的理论计算极其复杂，一般设计时需依靠设计者的经验，最终需通过型式试验加以
检验。
2.6 温升
电力系统中开关柜通常要能承受4000A及以下的正常工作电流，由于一次元器件
通常处于密封的柜内运行，他们产生的热量很难散发到柜外，所以导致柜内温度升高。
若温度超过以下极限值，便会烧毁元器件，酿成事故。
表3部件 空气中 SF6中 油中
周围不 周围不
周围不超
