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10kV高压开关柜设计


前言 10kV 开关柜的作用是接受和分配电网的电能,根据不同的厂家或者需求不同,其设计 也会不同。但为了避免开关柜在运行中的安全隐患,其设计必须要严格执行国家相关标准、 电力行业标准以及标准柜型的要求。 1、10kV 开关柜设计中的关键问题 1.1 安全净距 为避免短路问题造成电力系统的危害, 必须保证 10kV 开关柜所有裸露带电元器件之间 的安全净距。按照要求,10 kV 开

关柜相对地及相与相之间的距离不小于 125 mm,海拔超 过 1km 时,需修正绝缘距离。当配电室空间狭小时,开关柜的尺寸因缩小不能满足绝缘距 离要求时,需解决绝缘问题,如:SMC、DMC 绝缘板和高压绝缘热缩材料。 1.2 五防连锁 五防连锁主要是为了实现防止误分误合断路器、 防止带电操合接地开关或挂接临时接地 线等功能。目前常用的方式是机械连锁方式,通过机械零部件环环相扣,可靠性高。但加工 工艺较复杂,工艺要求较高。如:XGN、KYN 等均具特色。此外常用的方式还有机械程序 锁,此方式虽然结构简单,但容易造成人工误操作,在无人值班的变电站很难应用。 2 10 kV 开关柜中元器件的选取 2.1 开关柜主母线及分支母线 母线安装主要是母线在支柱绝缘子上的固定及母线的连接。硬母线长度超过 20m 应加 伸缩节。 a)母线固定:常用的固定方式有用螺栓直接将母线拧在支柱绝缘子上;用扁铝夹板固 定;用卡板固定。 b)母线及母线与引线连接安装:①母线接触面加工后必须保持清洁,并涂以电力复合 脂;②母线平置时,贯穿螺栓应由下往上穿,其余情况下,螺母应置于维护侧,螺栓长度宜 露出螺母 2—3 扣; ③贯穿螺栓连接的母线两外侧均应有平垫圈, 相邻螺栓垫圈间应有 3mm 以上的净距,螺母侧应装有弹簧垫圈或锁紧螺母;④螺栓受力应均匀,不应使电器的接线端 子受到额外应力;⑤母线的接触面应连接紧密,连接螺栓应用力矩扳手紧固。 c)硬母线涂色、排列。母线安装完备,要进行刷漆,油漆互要调匀,不可过稀或过稠, 以达到涂刷均匀。 d)母线排列。母线排列在设计图纸中均有规定。如无规定时,可按要求排列。 2.2 高压真空断路器 真空断路器在正常工作下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流,当系统出现问题 时,可配合自动装置及保护装置,迅速切断故障电流,保证电力系统的安全运行。并且在断 路器的二次回路中加入了防跳继电器,可使其具有“防跳”功能。 2.3 电流互感器 (1)电流互感器作用 电流互感器主要用于大电流交流回路中, 将大电流转换成较小的电流, 以供测量或继电 保护。电流互感器的测量误差分为两种:一种为电流误差;另一种为相位差。电流互感器的 准确度级次即是以最大电流误差和相位差来区分的,在数值上即是电流误差限值的百分数。 电流互感器的准确度级次有 0.2S、0.2、0.5、1、3、10 和 D 级等种,其中 0.2S 级属 精密测量级。工程中电流互感器准确级次的选用,应根据负载性质来选用,一般是电度计量 用 0.2S 级;电流表计用 0.5 级;继电保护用 3 级;差动保护用 D 级。 (2)电流互感器的二次负荷 电流互感器的二次负荷(可用其二次接入的负载阻抗表示)由下述三部分组成: 1)测量仪表或保护元件的电流线圈阻抗(可由产品技术数据中查出)。

2)线路各接头接触电阻。 3)联接线的导线电阻。 其中联接导线的计算长度 L, ,取决于线路长度及互感器与测定仪表的接法,如图 1 所 示。 电流互感器的二次负荷只有在不超过电流互感器的二次允许负荷值时, 才能保证其铭牌 准确度。 图 1 电流互感器不同接线方式的计算长度

(3)电流互感器的 10%误差曲线 规程规定,用于继电保护的电流互感器,在其二次侧负载和一次侧电流已知的条件下, 电流误差不得超过 10%,相位差不得大予 7。所谓电流互感器的 10%误差曲线,就是根据 这一规定,在电流误差 10%的条件下,所作出的一次电流对额定电流的倍数和二次阻抗的 关系曲线。利用 10%误差曲线可求出与保护计算用一次电流倍数相适应的最大允许二次负 载阻抗。 (4)选用电流互感器的原则 1)线路额定电压应不大于电流互感器的额定电压。 2)根据线路计算电流确定一次额定电流。 3)根据负荷性质确定电流互感器的准确度级次。 4)校验动稳定与热稳定,校验公式见公式(1)、公式(2)。 5)继电保护用电流互感器还应满足 10%误差曲线的要求 (公式 1) 式中: :动稳定倍数; :热稳定倍数; :通过设备的三相短路冲击电流; (公式 2) 式中::电流互感器一次额定电流; :短路假想时间; :设备热稳定试验时间, :通过设备 的三相短路稳态电流 2.4 电压互感器 (1)电压互感器的作用 电压互感器的作用,主要是将交流电路中的电压转变为较低的电压,以供测量、继电保 护或指示用。 (2)选用原则 电压互感器的选用原则主要有如下几点: 1)互感器的额定电压应不低于被测系统的额定电压。 2)按装设地点确定装置类型(室内、室外)。 3)按测量仪表对电压互感器的准确度要求,限制互感器二次负荷。 需说明的是, 只有各计量仪表及继电器的电压绕组总视在功率不超过电压互感器出厂技 术数据规定时,才可保证对应的准确度;互感器二次侧负荷通常是不平衡的,所以考虑准确 度时应以最大一相作依据。 3 一次回路、二次回路的分析 10kv 高压开关柜内部设备可分为一次设备和二次设备两部分。由一次设备构成的回路 称为一次回路,又称主回路。一次设备主要有断路器、隔离开关、负荷开关、高压熔断器、 以及操作机构等;由二次设备构成的回路称为二次回路,又称二次系统。二次设备包括各种 测量仪表、各种保护继电器、按钮、转换开关、信号灯、接线端子以及二次配线。 3.1 一次回路 为了便于研究设备的功能. 主电路或其一部分通常只需用单线表示, 但为了表示互感器

的连接方法.则必须用多线表示。图 2 中,把主电路画在了图的左边部分,而测量及保护 电路画在了图的右边部分,主电路是用集中表示法画出的。主电路中包括高压断路器 QF, 以及作为测量用的和过电流保护用的电流互感器 1LH、2LH,还有接地开关,避雷器,带电 显示器,主电路中断路器是在断开状态.元器件是在不带电状态。

图 2 高压开关柜的一次和二次原理接线图 3.2 二次回路 高压柜的二次回路中包括了电流、电压测量、过电流保护及跳闸回路和信号回路。继电 保护是一种能够反应电力系统元件故障或不正常运行状态, 并可让断路器跳闸或发出信号的 一种自动装置, 保护继电器是构成继电保护的基本元件, 继电保护装置一般由多个保护继电 器的功能组合而成, 一个保护装置同时具有若干种保护功能。 电力系统中各种电气设备都装 设有继电保护装置,继电保护范围包括发电机保护、变压器保护、母线保护、线路保护和用 户设备保护等。继电保护装置要满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性的基本要求。现在常 用的是微机保护装置,它主要起到测量、保护、控制、通迅等功能。 (1) 、测量功能:一些表计主要是用于测量电力系统的各项参数,如电流(A) 、电压 (V) 、功率(W ) 、频率(Hz)、电度(Wh) 、功率因数等,便于运行人员管理、考核。 (2) 、保护功能:主要通过继电器、综保,通过一定的方式连结或组合,有系统发生 故障时,继电器保护动作,发出指令使得断路器脱扣(跳闸)或发出报警信号,以达到对电 力系统进行保护的目的。 (3) 、控制功能:可以根据用户、场合的不同,实现就地、远方、机旁等多方面的控 制功能。 (4) 、通迅功能:目前大部分采用 RS485 接口,Mod-bus 通迅协议,在后台可对变 电站、配电所中的电力设备集中管理、控制,可实现遥控、遥测、遥信等功能。 结语 电力生产的首要任务是安全,10 kV 高压开关柜的高效运行,直接影响了供配电网的供 电电能质量。随着技术和材料的不断应用,开关柜设计工作者也应不断利用新技术,加强产 品的结构设计和制造、 电气回路的合理设计以及有关元器件的合理选用, 只有这样才能不断 提高经济效益,制造出优质的高压开关柜。 参考文献: 【1】邱耿华.10 kV 配电开关柜设计原理及事故预防[J].机电信息,2011(21) 【2】任海波,单晖,李迎春.10 kV 及 35 kV 开关柜设计[J].电工技术,2011(12) 【3】李小松.浅谈 10 kV 高压开关柜设计的几点体会[J].电器开关,2003(5)


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