论文部分内容阅读
摘要：随着社会经济的快速发展，电能成为人们日常生产生活中的重要组成，然而随着对电能的需求量日益增大，电力系统就需要不断提升自己的运行水平，以满足实际需求，高压开关柜作为电力系统中的关键装置，对其有着十分重要的影响。文章首先分析了完善10kV高压开关柜设计的重要性，随后主要对10 kV 开关柜设计要点以及开关柜中元器件的选取进行探讨，以提高开关柜设计水平。
关键词：10kV 高压开关柜；设计；元器件
中图分类号：C35文献标识码： A
前言：10kV 高压开关柜是电力系统设备的重要组成部分，是由一成套的配电装置所构成。就应用方面而言，10kV 高压开关柜在电力系统运行中，主要负责电能的接受和分配，对电力系统的正常运行有着重要的意义。但是，在实际的应用过程中，10kV 高压开关柜的设计往往会因为实际的需求与厂家的不同而各异，随之就会导致一些问题的出现，并对电力系统的正常运行埋下隐患。为此，不断完善和改进高压开关柜的设计十分重要。现本文就对10kV高压开关柜的设计问题进行探讨。
一、完善10kV高压开关柜的设计重要意义
在目前的电力系统中，高压开关柜发挥着相当重要的作用，它对电力线路以及系统安全起着开合和断开的作用，是控制整个电力系统的电力基本保障。随着我国在最近十年电力系统正朝着大机组、高容量、高电压的方向发展，越来越多的变电站都实行了无人值班和综合自动化的管理模式，这种管理模式对于高压开关柜的稳定及安全运行提出了更为严格的要求。众所周知，一旦开关柜内部的动静触头或者电缆的进出线的接头出现接触不良的现象，那么接触电阻就会急剧增大，直接导致负载电流在经过时出现过热现象，这将直接导致開关柜内金属材料的机械强度大幅降低，甚至因为开关柜内的绝缘材料快速老化而发生电流击穿的事故。针对上述现象，就需要有针对性的改进方案，在线能够检测开关柜的接头温度就是预防出现不必要事故的解决方案。这套监控系统对于提高高压开关柜的安全性和稳定性、保证电力系统正常运行都有着重要的作用。
二、 10kV开关柜设计要点
（一）安全净距
在开关柜的设计中,对元器件特别是裸露的元器件，都必须对其保持合理的安全净距,保证带电元器件之间的合理距离。此外，元器件的空气间隙也必须合理，从而避免发生短路现象,起到一定的保护作用,以避免一些故障的发生。根据相关设计规范与标准要求,若高压配电系统利用空气作为一种绝缘介质的话,并且海拔高度较高,并达到1000 m高度时,就须确保开关柜在相间距保持在125 mm以上,并须保证相和地之间的距离在125 mm以上,若海拔过高并大于1000 m时,就必须及时修正开关柜的绝缘距离。在实际的应用中,大多数配电室的空间都较为狭小,在有限的空间距离内，就要求开关柜的尺寸不可太大,以免导致绝缘距离难以满足要求。为此,就须要在绝缘方面采取相应的有效措施。一些设计单位选用了绝缘热缩材料或者是DMC、SMC一类的绝缘板,都是一些好的方法。然而在应用中还应该注意一些问题:若采用绝缘热缩材料,就需要确保合理的绝缘距离,一般应保持绝缘距离达到80 mm以上。此外,为防止热缩套管发生老化,应定期进行所用材料的检查与维护,进一步确保这些材料的绝缘强度;若采用绝缘板,就应该使导体和板材间保持合理的间距,一般应大于15 mm。此外,也应定期对绝缘板进行检查和维护;若开关柜的柜壳和导流体之间的距离过近时,就应该采用穿墙套管,并将其安装于导流体穿越柜壳的部位,但是,若开关柜是一种非标开关柜则不能采用此种办法。
（二）五防联锁
五防联锁作为10kV高压开关柜中的重要设施,能够有效防止断路器的误分或误合,也能够避免隔离开关在带负荷的状态下分合及推拉,此外，还可有效防止接地开关在带电的状态下操合,进一步确保了10 kV高压开关柜的安全性和可靠性。为此,我们在开关的柜的设计过程中必须考虑到这些问题,同时要遵循设计原则,充分发挥五防联锁在10 kV高压开关柜中的重要功能与作用。
1、防止误分、合断路器。变电站通常分为有人值守与无人值守的两类。有人值守的变电站，可采用带不同颜色及不同的编号的指示牌来实现。对于无人值守的变电站，因为断路器的操作都是通过远程操作的，从而不能像有人值守的变电站那样采用红绿翻牌的方法，为此应加入电气联锁装置，以防止可能引发的误操作。
2、防止带电负荷失控所产生的事故。主要有带电负荷对上下的隔离开关的影响与带电负荷对断路器手车所产生的影响。解决这一事故通常使用的方法是利用机械连锁来进行强制性的联锁与电气闭锁方法，因为隔离开关是不可以分断与关合正常负荷电流，一旦发生操作失误，就会导致隔离开关与断路器手车被烧毁，若控制不好，便会造成事态扩大。
3、防止接地开关或临时接地线的接通，造成在合闸时送电。处理这一问题需要采取机械联锁与电气闭锁的办法，是因为这些地方很容易因为人的误操作而引起事故。
（三）爬电距离
按照绝缘污秽等级与实验技术条件的规定要求,对于开关柜的爬电距离都有相对明确的要求,一般要求绝缘件与组件间的纯瓷绝缘比距保持为18 mm/kV,若使用有机绝缘的方法,便要确保绝缘比距保持在20 mm/kV以上。这样便进一步提升了对绝缘的要求,从而也增加了一些生产厂家的技术难度,为此，很多元器件都需要在厂家进行定制。为达到规定要求,多数生产厂家通常会采用增高或者增多裙边的方法,这样就会在一定程度上使生产的元器件满足规定要求。此外,对于开关柜的设计也需要考虑设备使用时的外在条件,可以利用加热器来避免凝露现象的出现。
三、高压开关柜系统设计中的关键问题
（一）光纤光栅温度传感器设计
高压开关柜的结构大多是封闭式的，这种工作环境的空间小、电压高、电流大，并且具有强磁干扰，而温度变化范围相当大，在-40℃~140℃之间，温度差达到了180℃要达到检测多点温度的要求，光纤光栅温度传感器的设计主要要求是：
1、中心波长。通道内的光栅波长设计不一致，而且在温度变化范围内，光栅的波长变化不重叠、不交叉。
2、温度范围。设计的温度上限定值在90℃以内，额定的温度在70℃以下，一旦超过70℃就报警，而温度没有超过70℃，但频繁发生异常，也会报警。
3、连接。为了便于安装和维护，设计中的每个光栅和传输光纤的连接主要由法兰盘进行连接。
（二）系统的信号处理和通信功能
信号处理功能主要有光电转换功能和输出信号的接口模块来完成。信号处理主要包括温度显示、异常报警和通信。系统的接口通讯采用了RS-485标准，将开关柜的温度信息导入电力控制管理系统后，就可以实施开关柜的远程温度在线监控。
（三）传感器的安装和测试
为了便于安装和维护，传感器经过数次实验定于安装在开关柜的静触头处最为科学。但因为静触头后面的绝缘体是由螺丝固定的，同时触头背后有螺杆的干扰，因此决定将传感器贴着螺杆放置，在两个螺钉之间用尖嘴钳夹紧传感器，并在传感器和螺杆之间用导热介质进行固定。而对于不能在静触点安装的部分高压柜，就需要在动触头上安装一个温度传感器，然后从触头的间缝件向外引光纤，当传感器通过固定卡安装在触头的手臂上方，再通过法兰盘将光纤和传感器进行连接。根据高压开关柜的不同情况，每个柜子需要6个监测点。同时，为了能够避免相间爬电和高压污闪，需要在每3个开关柜的底部设绝缘盒，这样的好处是开关柜的传感器互相独立，当一处出现故障时不会影响其他开关柜的正常工作，保证了系统的安全性。为了检测温度在线系统的精确性，将变压器的高压开关的电压调低，从而产生大电流，这样高压开关的温度急剧增高。这时，系统和热电偶的温度计同时放在温度监测点上，在温度升温和降温过程中，每1 min记录一次测量值。通过实验可以证明，设计的温度检测系统的反应速度相当迅速，而且温度定位精确，测量误差在0.2 ℃以内
结语：总之，在进行高压开关柜的设计中，常常会遇到很多我们不可预知的问题,如何正确地分析和研究这些问题,进而妥善地解决这些问题已成为相关设计人员所要研究的重点。此外,在设计时,不应一味地应用设计理论对之进行分析,还应该不断的总结开关柜在设计过程中的经验,使开关柜的设计更加的安全、经济、高效,进一步提高开关柜设计的水平。
参考文献
[1]汪文娟.10kV高压开关柜设计研究[J].硅谷，2013，（15）.
[2]黄晓波.浅谈10kV高压开关柜结构设计问题探讨[J].科技创新导报，2013，（20）.
[3]应丽华.10kV高压开关柜设计研究[J].机电信息，2012，（30）.
关键词：10kV 高压开关柜；设计；元器件
中图分类号：C35文献标识码： A
前言：10kV 高压开关柜是电力系统设备的重要组成部分，是由一成套的配电装置所构成。就应用方面而言，10kV 高压开关柜在电力系统运行中，主要负责电能的接受和分配，对电力系统的正常运行有着重要的意义。但是，在实际的应用过程中，10kV 高压开关柜的设计往往会因为实际的需求与厂家的不同而各异，随之就会导致一些问题的出现，并对电力系统的正常运行埋下隐患。为此，不断完善和改进高压开关柜的设计十分重要。现本文就对10kV高压开关柜的设计问题进行探讨。
一、完善10kV高压开关柜的设计重要意义
在目前的电力系统中，高压开关柜发挥着相当重要的作用，它对电力线路以及系统安全起着开合和断开的作用，是控制整个电力系统的电力基本保障。随着我国在最近十年电力系统正朝着大机组、高容量、高电压的方向发展，越来越多的变电站都实行了无人值班和综合自动化的管理模式，这种管理模式对于高压开关柜的稳定及安全运行提出了更为严格的要求。众所周知，一旦开关柜内部的动静触头或者电缆的进出线的接头出现接触不良的现象，那么接触电阻就会急剧增大，直接导致负载电流在经过时出现过热现象，这将直接导致開关柜内金属材料的机械强度大幅降低，甚至因为开关柜内的绝缘材料快速老化而发生电流击穿的事故。针对上述现象，就需要有针对性的改进方案，在线能够检测开关柜的接头温度就是预防出现不必要事故的解决方案。这套监控系统对于提高高压开关柜的安全性和稳定性、保证电力系统正常运行都有着重要的作用。
二、 10kV开关柜设计要点
（一）安全净距
在开关柜的设计中,对元器件特别是裸露的元器件，都必须对其保持合理的安全净距,保证带电元器件之间的合理距离。此外，元器件的空气间隙也必须合理，从而避免发生短路现象,起到一定的保护作用,以避免一些故障的发生。根据相关设计规范与标准要求,若高压配电系统利用空气作为一种绝缘介质的话,并且海拔高度较高,并达到1000 m高度时,就须确保开关柜在相间距保持在125 mm以上,并须保证相和地之间的距离在125 mm以上,若海拔过高并大于1000 m时,就必须及时修正开关柜的绝缘距离。在实际的应用中,大多数配电室的空间都较为狭小,在有限的空间距离内，就要求开关柜的尺寸不可太大,以免导致绝缘距离难以满足要求。为此,就须要在绝缘方面采取相应的有效措施。一些设计单位选用了绝缘热缩材料或者是DMC、SMC一类的绝缘板,都是一些好的方法。然而在应用中还应该注意一些问题:若采用绝缘热缩材料,就需要确保合理的绝缘距离,一般应保持绝缘距离达到80 mm以上。此外,为防止热缩套管发生老化,应定期进行所用材料的检查与维护,进一步确保这些材料的绝缘强度;若采用绝缘板,就应该使导体和板材间保持合理的间距,一般应大于15 mm。此外,也应定期对绝缘板进行检查和维护;若开关柜的柜壳和导流体之间的距离过近时,就应该采用穿墙套管,并将其安装于导流体穿越柜壳的部位,但是,若开关柜是一种非标开关柜则不能采用此种办法。
（二）五防联锁
五防联锁作为10kV高压开关柜中的重要设施,能够有效防止断路器的误分或误合,也能够避免隔离开关在带负荷的状态下分合及推拉,此外，还可有效防止接地开关在带电的状态下操合,进一步确保了10 kV高压开关柜的安全性和可靠性。为此,我们在开关的柜的设计过程中必须考虑到这些问题,同时要遵循设计原则,充分发挥五防联锁在10 kV高压开关柜中的重要功能与作用。
1、防止误分、合断路器。变电站通常分为有人值守与无人值守的两类。有人值守的变电站，可采用带不同颜色及不同的编号的指示牌来实现。对于无人值守的变电站，因为断路器的操作都是通过远程操作的，从而不能像有人值守的变电站那样采用红绿翻牌的方法，为此应加入电气联锁装置，以防止可能引发的误操作。
2、防止带电负荷失控所产生的事故。主要有带电负荷对上下的隔离开关的影响与带电负荷对断路器手车所产生的影响。解决这一事故通常使用的方法是利用机械连锁来进行强制性的联锁与电气闭锁方法，因为隔离开关是不可以分断与关合正常负荷电流，一旦发生操作失误，就会导致隔离开关与断路器手车被烧毁，若控制不好，便会造成事态扩大。
3、防止接地开关或临时接地线的接通，造成在合闸时送电。处理这一问题需要采取机械联锁与电气闭锁的办法，是因为这些地方很容易因为人的误操作而引起事故。
（三）爬电距离
按照绝缘污秽等级与实验技术条件的规定要求,对于开关柜的爬电距离都有相对明确的要求,一般要求绝缘件与组件间的纯瓷绝缘比距保持为18 mm/kV,若使用有机绝缘的方法,便要确保绝缘比距保持在20 mm/kV以上。这样便进一步提升了对绝缘的要求,从而也增加了一些生产厂家的技术难度,为此，很多元器件都需要在厂家进行定制。为达到规定要求,多数生产厂家通常会采用增高或者增多裙边的方法,这样就会在一定程度上使生产的元器件满足规定要求。此外,对于开关柜的设计也需要考虑设备使用时的外在条件,可以利用加热器来避免凝露现象的出现。
三、高压开关柜系统设计中的关键问题
（一）光纤光栅温度传感器设计
高压开关柜的结构大多是封闭式的，这种工作环境的空间小、电压高、电流大，并且具有强磁干扰，而温度变化范围相当大，在-40℃~140℃之间，温度差达到了180℃要达到检测多点温度的要求，光纤光栅温度传感器的设计主要要求是：
1、中心波长。通道内的光栅波长设计不一致，而且在温度变化范围内，光栅的波长变化不重叠、不交叉。
2、温度范围。设计的温度上限定值在90℃以内，额定的温度在70℃以下，一旦超过70℃就报警，而温度没有超过70℃，但频繁发生异常，也会报警。
3、连接。为了便于安装和维护，设计中的每个光栅和传输光纤的连接主要由法兰盘进行连接。
（二）系统的信号处理和通信功能
信号处理功能主要有光电转换功能和输出信号的接口模块来完成。信号处理主要包括温度显示、异常报警和通信。系统的接口通讯采用了RS-485标准，将开关柜的温度信息导入电力控制管理系统后，就可以实施开关柜的远程温度在线监控。
（三）传感器的安装和测试
为了便于安装和维护，传感器经过数次实验定于安装在开关柜的静触头处最为科学。但因为静触头后面的绝缘体是由螺丝固定的，同时触头背后有螺杆的干扰，因此决定将传感器贴着螺杆放置，在两个螺钉之间用尖嘴钳夹紧传感器，并在传感器和螺杆之间用导热介质进行固定。而对于不能在静触点安装的部分高压柜，就需要在动触头上安装一个温度传感器，然后从触头的间缝件向外引光纤，当传感器通过固定卡安装在触头的手臂上方，再通过法兰盘将光纤和传感器进行连接。根据高压开关柜的不同情况，每个柜子需要6个监测点。同时，为了能够避免相间爬电和高压污闪，需要在每3个开关柜的底部设绝缘盒，这样的好处是开关柜的传感器互相独立，当一处出现故障时不会影响其他开关柜的正常工作，保证了系统的安全性。为了检测温度在线系统的精确性，将变压器的高压开关的电压调低，从而产生大电流，这样高压开关的温度急剧增高。这时，系统和热电偶的温度计同时放在温度监测点上，在温度升温和降温过程中，每1 min记录一次测量值。通过实验可以证明，设计的温度检测系统的反应速度相当迅速，而且温度定位精确，测量误差在0.2 ℃以内
结语：总之，在进行高压开关柜的设计中，常常会遇到很多我们不可预知的问题,如何正确地分析和研究这些问题,进而妥善地解决这些问题已成为相关设计人员所要研究的重点。此外,在设计时,不应一味地应用设计理论对之进行分析,还应该不断的总结开关柜在设计过程中的经验,使开关柜的设计更加的安全、经济、高效,进一步提高开关柜设计的水平。
参考文献
[1]汪文娟.10kV高压开关柜设计研究[J].硅谷，2013，（15）.
[2]黄晓波.浅谈10kV高压开关柜结构设计问题探讨[J].科技创新导报，2013，（20）.
[3]应丽华.10kV高压开关柜设计研究[J].机电信息，2012，（30）.