10 kV中置式開關(guān)柜絕緣改進(jìn)設(shè)計

　　摘要：隨著用電負(fù)荷安全性、可靠性要求日益提高，供電網(wǎng)絡(luò)的安全基礎(chǔ)是布置于各站所的10kV中置式開關(guān)柜。中置柜是按照國標(biāo)定義的金屬封閉開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備，是除外部連接外，全部裝配完成并封閉在接地金屬外殼內(nèi)的開關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備。由于其小體積、多功能、可替換、良好安全性，已逐步替代原來大型彈操式開關(guān)設(shè)備柜。

　　關(guān)鍵詞：中置柜；絕緣距離；選材；設(shè)計

　　1引言

　　針對電力系統(tǒng)用戶對設(shè)備需求的多樣性，制造廠家需針對客戶需求量身定做，應(yīng)熟悉相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)柜型的設(shè)計要求。經(jīng)過多年電力系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試、質(zhì)檢和設(shè)計工作，對中置柜的絕緣距離設(shè)計提出一些改進(jìn)措施。

　　2電力絕緣距離設(shè)計

　　2.1絕緣距離要求

　　10kV中置式開關(guān)柜廣泛應(yīng)用于供電網(wǎng)絡(luò)的各開關(guān)站和開閉所中，用于對線電壓為10kV的三相交流電傳送控制和分配，因此柜內(nèi)導(dǎo)流體相間及相對地必須保證一定的距離，否則會引起短路，對整個電力系統(tǒng)造成危害。

　　絕緣距離可分為空氣凈距和爬電距離兩方面考慮，爬電距離主要針對與高壓帶電體直接連接的絕緣元件(如套管、絕緣子、觸頭盒等)的安全技術(shù)要求。針對絕緣件應(yīng)采用的措施是選用知名廠家的產(chǎn)品，并在工廠試驗時模擬母排安裝后狀態(tài)對整個開關(guān)柜體進(jìn)行工頻耐壓測試，保證無閃絡(luò)、擊穿及顯著放電現(xiàn)象。而當(dāng)單純以空氣作為絕緣介質(zhì)時考慮絕緣距離時，安全距離要求≥125mm。

　　2.2避雷器安裝位置設(shè)計

　　在10kV綜自高壓柜設(shè)計中，部分柜體如饋線柜、電壓互感器柜等需安裝避雷器，此時設(shè)計適合的避雷器安裝位置對柜體的安全運行至關(guān)重要。

　　某重要用戶配電工程發(fā)生一起高壓柜體爆炸停電事故，該10kV饋線柜在送電第3天發(fā)生爆炸，故障柜體圖片如圖1，應(yīng)電業(yè)局要求參與事故原因分析。經(jīng)現(xiàn)場勘察，故障柜體前后柜門變形，上下泄壓閥打開，柜內(nèi)電纜頭炸開，B相避雷器高壓側(cè)燒灼明顯。

　　經(jīng)分析：該柜體在設(shè)計時僅考慮柜內(nèi)元件間絕緣安全距離，未考慮10kV電纜安裝后與其他元件的安全間距，導(dǎo)致設(shè)計避雷器安裝孔位較低，因此其在廠內(nèi)無進(jìn)(出)線電纜情況下可試驗通過，但在電纜安裝后B相避雷器與電纜頭安全距離不足，送電第3天電纜頭耐壓擊穿，電纜頭爆炸柜內(nèi)燃燒最終導(dǎo)致該高壓開關(guān)柜報廢的事故。針對此事故，要求該設(shè)備制造商對同類隱患柜體(見圖2)全部整改，升高避雷器安裝位置，避免了雷同故障的發(fā)生。

　　此次事故提醒設(shè)計人員，不能僅考慮廠內(nèi)元器件安裝間距，還需考慮現(xiàn)場施工后柜體絕緣間距及用戶的安全用電。根據(jù)《電纜安裝規(guī)程》要求第6.2.4條，35kV及以下電纜在剝切線芯絕緣、屏蔽、金屬護(hù)套時，線芯沿絕緣表面至接地點(屏蔽或金屬護(hù)套端部)的最小安全距離應(yīng)符合表1要求。

　　因高壓電纜的屏蔽層在電纜頭制作中需引出至接地排接地，避雷器分別對應(yīng)安裝于高壓導(dǎo)流體A、B、C相，故避雷器對應(yīng)為高壓側(cè)，電纜頭處為接地端。當(dāng)避雷器安裝孔較低，與電纜頭絕緣安全距離不足(國標(biāo)規(guī)定10kV高壓設(shè)備相間及對地的最小空氣間距125mm)，最終導(dǎo)致上述事故發(fā)生。

　　表1電纜終端和接頭中最小安全距離

　　改進(jìn)方法：在設(shè)計時應(yīng)考慮避雷器與現(xiàn)場電纜的安全間距，建議設(shè)計安裝孔位高于柜體底部0.6m及以上�；�?qū)⒈芾灼鲝闹兄霉裰幸瞥�，將其設(shè)計在線路側(cè)，安裝于高壓電纜進(jìn)出線第1號桿塔處。

　　2.3電流互感器導(dǎo)線體安裝位置設(shè)計

　　在高壓開關(guān)柜生產(chǎn)制造過程中，應(yīng)注意高壓電流互感器(TA)對地安全距離，當(dāng)大變比TA為減少發(fā)熱通常采用穿心式時，其內(nèi)側(cè)配有一等電位銅導(dǎo)線體，在安裝時需將該導(dǎo)線固定在監(jiān)測的對應(yīng)相別，因此該導(dǎo)線是10kV高壓導(dǎo)體�；ジ衅髦圃鞆S所配銅導(dǎo)線體通常較長，如未注意該導(dǎo)線的浮垂及擺動可能造成相間及對地安全距離不足，設(shè)備無法通過耐壓測試。

　　改進(jìn)方法：TA銅導(dǎo)線固定孔設(shè)計在穿芯TA所在相別的銅鋁排出口處，若TA垂直安裝，固定孔設(shè)計于上出口處，將多余導(dǎo)線用扎帶束于該TA內(nèi)部。

　　2.4二次元件的安全間距

　　在高壓開關(guān)柜生產(chǎn)制造過程中，除應(yīng)考慮二次部分的溫濕度感應(yīng)器及加熱器自身安裝位置與高壓部分安全間距外，還應(yīng)注意該回路二次導(dǎo)線的安全距離，在高壓柜體內(nèi)部如使用定位片方式固定二次電纜，一段時間后定位片將失去粘性脫落，二次電纜下垂或擺動會造成對高壓部分安全距離不足，可能發(fā)生高壓對二次放電，同時危及一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)的安全運行。

　　改進(jìn)方法：在設(shè)計時應(yīng)考慮在中置柜內(nèi)設(shè)置專用走線槽布線，或者在柜內(nèi)設(shè)計電纜固定孔及固定支架以固定二次電纜。

　　2.5活門擋板的選材更換

　　對額定電流2000A及以上中置柜，由于斷路器與柜體間動靜觸頭存在咬合是否緊密以及斷路器操作時接觸分?jǐn)鄦栴}，當(dāng)二者間機械咬合強度不足或斷路器進(jìn)出運行位置時，將存在燃弧現(xiàn)象，現(xiàn)在普遍使用的活門擋板是普通金屬擋板。其缺點是金屬材料，可阻斷燃弧但具有導(dǎo)電性，在開關(guān)柜設(shè)備檢修時由于靜觸頭直接與高壓母線相連，金屬活門擋板可能感應(yīng)高壓對檢修人員造成人身危險。

　　改進(jìn)方法：為更好地阻隔燃弧、保護(hù)開關(guān)柜體和動靜觸頭、保護(hù)檢修人員安全，可采用同樣規(guī)格尺寸的SMC擋板替換普通金屬擋板。SMC板是隨著現(xiàn)代新材料技術(shù)的發(fā)展出現(xiàn)的，SMC板英文名稱是SheetMouldingCompounds，即不飽和聚酯樹脂玻璃纖維增強塑料，該產(chǎn)品由化學(xué)增稠的不飽和聚酯樹脂、填料、纖維增強材料組成，在加熱、加壓模塑條件下固化成型，具有很高的機械和電氣性能，具有良好的阻燃性、耐電弧，主要參數(shù)可參照表2�；�于其良好特性，可被廣泛應(yīng)用于機械、電器設(shè)備中作絕緣結(jié)構(gòu)零部件。

　　表2SMC板主要技術(shù)參數(shù)

　　3減少安全距離有幾種方式

　　(1)使用熱縮套管將高壓帶電導(dǎo)體熱縮，熱縮套管具有高低壓兩類，其耐壓值完全不同，對10kV開關(guān)柜應(yīng)正確選用高壓熱縮套管，實踐中熱縮后要確�？諝鈨艟嚯x≥110mm，缺點是熱縮套管存在老化問題。

　　(2)在相間或在柜殼內(nèi)側(cè)加裝絕緣隔板，如SMC板或3240環(huán)氧酚醛玻璃布板等絕緣材料，從而縮小對空氣絕緣距離的要求，但要求空氣凈距離≥60mm，缺點是絕緣隔板受使用環(huán)境影響較大，存在老化問題。

　　(3)高壓導(dǎo)流體與柜殼部分構(gòu)架安全距離不足時，在導(dǎo)流體穿越構(gòu)架處安裝穿墻套管，缺點是此方式只有在導(dǎo)流體適合加裝可固定套管時采用。

　　(4)國外ABB公司有一種均勻磁場的設(shè)計理論，可以通過改善帶電導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)縮小對絕緣距離的要求，缺點是國內(nèi)用戶一般不接受該理論，因為這不符合DL/T404-1997標(biāo)準(zhǔn)的要求。

　　(5)國外三菱公司采用熱涂敷工藝，在高壓帶電導(dǎo)體表面均勻附上絕緣材料，缺點是要有專門流化床設(shè)備，且一般開關(guān)成套設(shè)備廠無法實現(xiàn)。

　　4結(jié)語

　　隨著城市密度加大和站所增多，站所規(guī)劃空間越發(fā)局限，必然要求電力設(shè)備朝安全可靠型、緊湊化、封閉式、綜合自動化方向發(fā)展。因此要求設(shè)計制造者積思廣益，應(yīng)用新技術(shù)并注重細(xì)節(jié)改進(jìn)，做到一二次回路配合兼顧，主、輔助元件合理布局，保證中置式開關(guān)柜設(shè)備的安全可靠�！　�