真空开关柜基础知识

第1页真空开关柜基础知识1.概述在实际使用中多将真空断路器装入金属柜内，构成高压开关柜。开关柜中除了断路器之外，还要安装起隔离电路作用的隔离开关、起安全保障作用的接地开关、起测量或保护作用的电流互感器和电压互感器、起过电压保护作用的避雷器或RC吸收器，而且还要安装继电保护用的二次回路元件和线路，引接电缆或架空线都可以进入柜内，使开关柜成为一个有相对独立组合功能的配电装置。在发电厂的开关站、输电线路的变电站、接受电能的用户终端变电所中，都大量采用各种开关柜。大约在10年之前，装有少油断路器的开关柜在全国几乎占居垄断地位，但随着真空断路器的兴起，少油开关拒逐步退居其次。自1993年提出无油化改造要求以来，更助长了这一趋势，有的省市甚至明令禁止在城市电网及重要用户的所、站建设中继续使用少油开关拒，而旧站则逐步用真空开关柜来取代少油开关柜。目前我国真空开关柜方面的技术标准有：GB3906-913～35kV交流金属封闭开关设备DL404-91户内交流高压开关柜订货技术条件开关拒的技术参数与断路器技术参数相仿，根据所装断路器的参数而定，唯一不同的是，开关拒额定电流根据主回路中各电器元件（例如隔离开关，或电流互感器）的最小额定电流取值。２.高压真空开关拒的类型高压真空开关柜，可有三种分类方式，每一类又有若干个基本类型，它们各有自己的特点。详见下表。分类方式基本类型结构特点优缺点按断路器安装方式固定式①断路器固定安装②柜内装有隔离开关①柜内空间较宽敞，检修容易②易于制造，成本较低③安全性差移开式断路器可随移开部件(手车)移出柜外①断路器移出柜外，更换、维修方便②省却隔离开关③结构紧凑④加工精度较高，价格贵些第2页按柜内隔室的构成半封闭式柜体正面、侧面封闭，柜体背面和母线不封闭①结构简单，造价低②安全性差箱式隔室数目较少，或隔板防护等级低于IP1X①母线也被封闭，安全性好些②结构复杂一些，价格稍高间隔式①断路器及其两端相连的元件均有隔室②隔板由非金后板制成①安全性更好些②结构复杂，价格贵些铠装式结构与间隔式相同，但隔板由接地金属板制成①安全性最好②结构更复杂，价格更高按柜内绝缘介质空气绝缘极间和极对地的绝缘靠空气间隙保证①绝缘性能稳定②造价低③柜体体积大些复合绝缘极间和极对地绝缘靠较小的空气间隙加固体绝缘材料来保证①柜体体积小，但防凝性能不够可靠②造价高一些SF6气体绝缘全部回路元件置于密闭以容器中，充入SF6气体①技术复杂②加工精度要求高③价格高半封闭型开关柜(如GG-1A(F)Z)(见图一)和箱式开关拒(如XGN和GGXZ)(见图二)都属于固定式，而间隔式(如JYN型)和铠装式开关拒(KYN型)都属于移开式的(JYN型、KYN型等其他相关开关柜的外型图请参阅我公司产品样本和网站上的具体说明)。在移开式开关柜中，近年来从国外引进一种称作中置柜的，其移开部件（俗称手车）更加小巧，高度降低，几乎是将真空断路器的底座添些部件就作为手车。第3页目前国内开关拒，大都采用空气绝缘形式，虽然拒体大些，但由于绝缘性能可靠、维护方便、造价较低等优点，它仍为主流。至于复合绝缘，虽在真空断路器本体中有的型号采用了，但在开关柜中没有大量采用，最多在柜体主母线加套固体绝缘材料以增加它的绝缘可靠性。此外，对于柜内个别部位绝缘水平略显不足的，往往加入玻璃纤维绝缘板或者加套绝缘热缩套管，作为辅助的措施。除了空气绝缘和复合绝缘之外，国外还有采用SF气体绝缘的开关拒。这种开关柜将整个导电回路，包括母线、隔离开关、真空断路器、电流、电压互感器、避雷器，甚至电线头等元件全部包容在一个密闭的柜体中，内充稍高于大气压力的SF气体，由SF作为绝缘介质，称为充气柜。其优点是体积缩小，与外部环境条件(如湿度、海拔高度、灰尘、雾、污秽等)完全没有关系，缺点是技术复杂、精度高、电器元件本身的可靠性要求极高，价格异常高昂。我国尚未有此类产品投放市场。３.高压开关拒的技术要求在我国高压开关柜的GB3906和DL404标准中，对开关柜的技术要求已有详细规定，请参阅相关专业书籍，较为重要和实用的几个项为：1)对相间及相对地的绝缘距离的要求第4页2)对防凝露的爬电距离的要求3)对防护等级的要求：为防止人体接近高压开关柜的高压带电部分或触及运动部分，以及防止固体异物进入壳内，IEC标准统一了IP防护代码，防护等级的第四位字母表示电器设备对雨水的防护能力；由于户内柜体无防雨要求，也无须分级，故统用X表示。外表面通常可以做到IP３X级，有必要时也可做到IP４X级。内隔板防护要求可稍低，从IP0X到IP３X都有。4)对五防联锁功能的要求五防联锁对防止误操作，减少人为事故，提高运行可靠性起到很大的作用。五防功能，指的是可以防止五种类型的电气误操作，这五种防误操作功能是：a)防止误分、误合断路器。b)防止带负荷合上或分断隔离开关(或隔离插头)。c)防止带电操合接地开关或挂接地线--此功能涉及系统人为短路接地或人身生命安全，故定为强制性联锁。它要求：①当断路器或上下隔离开关处于合闹时，接地开关绝不能被操合；②只有当接地开关合闸之后，柜体的后门和下前门才能被打开，才可能挂夹临时性接地线。这通常采用机械联锁方式，使得ａ．隔离开关处于打开位置接地开关才能操台；ｂ．随之前、后门才能开启挂接临时接地线。作为辅助措施，可在前、后门上加设高压带电显示装置作警示。d)防止带有临时接地线或接地开关合闹时送电--此项也是强制性的，目的是保证系统和人身的安全。e)防止误入带电间隔--亦是强制性的，以保人身安全。归纳起来，实施五防功能方面，有非强制性的(ａ项)和强制性的(b、c、d、e项)；有主动性防御和被动性防御。被动防御指采用高压带电显示装置，只是提示性的，不够可靠。主动防御大致可分三类：①采用机械联锁装置，用机械零部件来传动并产生约束，可靠性最高(除非零件损坏、断裂)，宜优先推荐使用；②采用翻牌(插头)和机械程序销，可靠性稍逊，因锁与匙之间并非绝对-一对应；③采用电气联锁，可靠性又差一些，因为电磁锁和导线都有损坏的可能，而且也需电源供电(须与继保回路电源分开)，但优点是可以长距离传送。5)高压带电显示装置在各类型开关柜中，经常使用高压带电显示装置。当主回路带有高压电时，第5页它经过电容分压原理输出低压电压讯号，点燃氖灯，以灯光信号发出提示(也可以将低压讯号变换一下去控制电磁锁，构成强制性闭锁)。带电显示的感应元件多内藏于绝缘子或瓷瓶当中，后者还可起到支承作用。运行人员观察指示灯就可了解哪一段主回路在带电运行。在维护或测试柜内元件时，该提示信号更显得重要。高压带电显示装置本身价格不算高，约六七百元一套(三相)，占整柜价格比例很少，而对人身安全保障的作用是不小的。虽然氖泡有时会损坏，但三相同时损坏的可能性极小。因此建议设计院设计的主回路结线时，适当地多绘过高压带电显示装置，如果主结线图末绘出，生产厂家一般不会主动加过去，因为工程计价时没有计入，必然减少生产利润。开关柜柜后面上一般都应有带电显示装置。另外，对于进线柜主回路中从下隔离开关的上端到断路器下接线端之间的母线，有可能的话最好加装带电显示器。因为此段母线①是装设电流互感器的位置。电流互感器可能会损坏，造成接地。③直接反映下隔离开关的隔离状态。如果隔离开关传动件失灵，就可能出现操纵手柄打到分闸位置，而隔离开关的刀闸并没有断开的情况。③当检修或测试断路器或电流互感器而竭挂接临时地线时，往往是在此段母线上实施接地。多一组带电显示就多一个监测手段。6)主进线不允许停电的情况曾经遇到过配电房电源主进线不允许停电的情况，原因是该变电站的变压器是三绕组的，一个高压电源进线(带断路器)，一个供配电房，另一个供变电站用电，即使配电房出了故障，站用电也不能停，即高压侧断路器不能跳闸。对于这种特殊情况，配电房的开关柜订货时需预先向生产厂家声明，否则生产厂家按常规设备制作，则会在主进钱柜断路器或电流互感器的维修、测试时就会带来相当大的危险。解决的办法是将下隔离开关整个独立出来加以封隔。如果是下部电缆进线的方式，则应另增一柜，此柜仅装入下隔离开关(即进线隔离开关)，其出线则可用母排或高压电缆引向主进线断路器柜，当然还需要解决两柜的联锁以满足防误的功能(可考虑采用程序锁)。如果是架空线从后柜进线的话，则可将进线(下)隔离开关整个移置于后柜内，由主柜后铁板起封隔离作用，但此时后拒的深度必须加深。7)长期发热载流能力由于一次回路各电器元件处于密封的柜内空(半封闭柜除外)同时运行，各自发第6页出热量，柜内空气温度必然比柜外环境温度高些，导致电器元件散热困难，温升增高。而且根据DL404--91标准的要求，开关柜应通得过110％额定电流值的温升试验。因此，柜内电器元件，除电流互感器因测量、保护之需要外，其他如断路器、隔离开关(或隔离插头)、套管等元件，均应选取比长期额定电流规格大一个档次的产品，比如柜体为630Ａ时选用800Ａ的、800Ａ的选用1000Ａ、1000Ａ的选用1250Ａ的电器元件等。8)母线接触面处理开关柜中有许多导电联接面，有电器元件出线端对母排的联接，也有母排对母排的联接。有电流时导电联接面会发热，发热量多少与电流密度有关，还与接触面的物理状态密切有关。从微观角度来看，即使经过精细加工的接触面也是凸凹不平的，导电作用是通过若干个尖端碰触而实现的，非尖端部分则留有空气隙。潮湿空气中的水分，以及大气中的尘埃会渗入空气隙中，在发热和水分作用下接触表面会氧化和污秽，接触状态变差，接触电阻上升，发热量也就随之增加。所以电气联接面须有保护措施，最简易的办法是涂抹中性凡士林或导电膏，它们占据接头间的间隙，不让空气。水分和尘埃进入，减轻氧化程度。较好的办法是接触面镀锡。锡层质地软，在螺栓压力下产生延展，增加实际的电接触面积，而且锡不易被氧化。另外，在锡层保护下，接头的允许发热温度由90℃提高到105℃，颇有好处。9)动稳定性开关柜内的主母线和引下线，在有故障电流流过时产生较大的电动力，电动力大小与短路电流的平方成正比。电动力有两种：一种发生于三相母线之间，该作用力力图扩大和缩小三相母线间距离，方向交变，频率为工额的２倍；另一种产生于同相母线上，只要母线不在一条直线上，每一段彼此都有作用力，力的方向是力图使母线板直。为了抗御电动力，母线需有足够的动稳定能力，这须借助支持绝缘子的支撑。一般来说，隔离开关的接线端板不要当作主要支撑力点，只可作辅助，当它参数较低时尤应如此。两个绝缘子之间的距离通常不应超过800ｍｍ。支持绝缘子有时可用高压带电显示绝缘子兼任。10)开关柜柜体之间应有封隔在变电所或开关站中，往往将许多面开关柜并列成为一排用主母线将各柜联第7页结起来，构成配电网络。过去旧型开关柜母线室直接联通，中间无任何分隔或阻挡。这样当其中一台开关柜出现闪络故障时，电弧在将该拒烧毁的同时还要沿着联通的母线通道燃烧过去，接连烧毁一串开关柜，造成全站瘫痪停电，损失惨重，这种现象俗称火烧连营。为了防止火烧连营，90年代之后除半封闭式(GG-1A(F))型固定柜之外，其余各型箱式、间隔式和铠装式开关柜都采取柜与柜之间分隔的措施，用接地金属板将每柜封隔，主母线则通过穿墙套管再联接起来。当某柜出现柜内故障，事故电弧移到母线室后不能随意纵向扩散，基本上局限于本柜内，对邻柜影响大大降低，更不会一连串地烧下去，减少了损失。当用母线槽连接两柜时，切记加装隔板和套管，11)电缆头安装的高度从底面进入柜内的电缆，多数穿越底板后再分岔，加上分相后外沿面也有绝缘要求，因此电缆头的安装点须有一定高度，通常以大于500mm为好。过低时，会给电缆头制作和施工安装带来困难，如须套装零序电流互感器时更感高度不够。当两根及以上电缆并接时，分相电缆芯不能互相交错，须注意不同相电缆芯之间的绝缘距离，12)开关柜应考虑或有降低内部故障措施开关柜常见内部故障、产生原因和防止措施见下页表：第8页容易产生内部故障的部位内部故障可能产生的原因措施举例断路器维护不良、机构螺钉松动、绝缘裕度不足定期按规定进行维护，制订规程、增加绝缘隔板隔离开关、负荷开关、接地开关误操作